A DNS az öröklődés anyagi alapja. A DNS szerkezete és tulajdonságai

A kromoszómák kétféle molekulát tartalmaznak - fehérjemolekulákat és dezoxiribonukleinsavat (DNS). Először azt feltételezték, hogy a fő genetikai anyag a fehérje. A fehérjemolekulákban található húsz különböző aminosav végtelen sokféle kombinációt képes létrehozni, ami a gének sokféleségének hátterében állhat. És csak az 50-es évek elején. Bebizonyosodott, hogy a DNS a genetikai információ hordozója. Kiderült, hogy maga a DNS, fehérjétől függetlenül, képes örökletes információt átvinni egyik sejtből a másikba, míg a DNS nélküli fehérje ezt nem tudja megtenni. A DNS-nek olyan molekuláris szerkezete van, amely lehetővé teszi a megkettőződést és számos különböző forma kialakítását. A nukleinsavmolekula szál formájában van, amely egy lánc nukleotidok(3.13. ábra). Mindegyik nukleotid három részből áll: egy nitrogéntartalmú bázisból, egy szénhidrát komponensből és egy foszforsavból. A nukleinsavak egyes nukleotidjai foszforsavon keresztül erős kémiai kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A DNS szénhidrát komponensét a cukor képviseli - dezoxiribóz. Az összes nukleotid cukor- és foszforkomponensei azonosak, a bázisokhoz hasonlóan négyféle bázis létezik: adenin, citozin, guanin És timin. Az egyszerűség kedvéért gyakran A, C, G és T betűkkel jelölik őket. A DNS-t két szál alkotja. Gén- - ez a kromoszóma egy kis szakasza, amely meghatározott biokémiai funkcióval rendelkezik, és specifikus hatással van az egyed tulajdonságaira. Helyszín- Az a hely a kromoszómán, ahol a gén található. Egy adott faj egyedei ugyanazon a lókuszon rendelkezhetnek ugyanazokkal a génekkel, de sok esetben a lókusz nem különbözik ilyen állandóságban, és egy adott gén egyik vagy másik változata található benne. Jellemzően ugyanannak a génnek ezek a változatai hasonlóak egymáshoz, bár nem azonosak. A lókusz ezen különböző állapotait ún Allél . Gyakran csak két allél, azaz egy gén két alternatív formája ismert egy adott lókuszhoz, de nem ritka, hogy egy adott lókusz számos különböző körülmény között fordul elő, és akkor val vel több allél .A replikáció nagyobb pontossága ellenére DNS folyamatok során mitózisÉs meiózis, időről időre elkerülhetetlenül előfordulnak olyan hibák, amelyek a sorrend megváltoztatásához vezetnek nukleotidok a DNS-szálban, ill génmutációk. A mutáció lehet az egyik bázispár helyettesítése egy másikkal, egy vagy több nukleotid elvesztése, vagy fordítva, további nukleotidok hozzáadása. Ebben az esetben a legrosszabb megoldás egy vagy két nukleotid elvesztése vagy hozzáadása. Ezekben az esetekben a hármasok olvasási kerete elkerülhetetlenül egy-két bázist jobbra vagy balra tol el, és az összes következő triplet hibásan lesz beolvasva. Ha egyszerre három bázist ejtünk el vagy adunk hozzá, akkor a változtatások csak egy aminosavat érintenek, és a lánc többi része helyes marad.
Génmutációk, az ivarsejtekben keletkező, sokrétű hatással vannak a szervezetre. Sokan közülük halálosak, mert túl súlyos fejlődési rendellenességeket okoznak. Ismeretes például, hogy emberben a terhességek mintegy 20%-a természetes vetélésben végződik akár 12 héten belül, és ezek felében az örökletes apparátus anomáliáit találják, amelyeket azonban nem csak a gén okoz. mutációk.
Egy génmutáció vezethet ehhez locus többnek is megfelel allélek. Ez növeli a genetikai sokféleséget és növeli a számot heterozigóta egyedek. Feltételezhető, hogy minden genetikai polimorfizmusok az evolúció során a nukleotidok cseréje, elvesztése vagy hozzáadása miatt keletkezett.
A legtöbb génmutáció recesszív a "normális" allélhoz képest. Ilyen mutáns allélek sok generáción át keringhetnek egy populációban, amíg sikerül találkozniuk és megnyilvánulniuk. Időről időre domináns mutáns allélok keletkezhetnek, amelyek azonnal hatást váltanak ki.
A szomatikus sejtekben előforduló mutációkat csak azok a sejtek öröklik, amelyek a mutáns sejtből alakulnak ki mitózis. Csak azt a szervezetet érinthetik, amelyből származtak, de a halállal az egyedek eltűnnek a populáció génállományából. Néhány szomatikus mutációk a sejtek megnövekedett növekedési sebességgel keletkeznek, ami daganatok kialakulásához vezet.

Géntérképezési módszer, amely családtanulmányok segítségével határozza meg a két gén közötti kapcsolatot, amint azok egyik generációról a másikra adódnak. Annak eldöntéséhez, hogy két lókusz kapcsolódik-e egymáshoz, és ha igen, milyen erősen, kétféle információra támaszkodunk.

Először is megállapítjuk, hogy az eltérés jelentős-e rekombinációs frekvencia Q két lókusz között 0,5-től; a kapcsolat meghatározása két lókusz között egyenértékű annak meghatározásával, hogy a köztük lévő rekombináció aránya eltér-e a nem kapcsolt lókuszokra várt 0,5-től.

Másodszor, ha a részvény rekombinációk 0,5-nél kisebb, a lehető legjobban meg kell becsülni, mivel ez jelzi, hogy a lókuszok milyen szorosan kapcsolódnak egymáshoz. Mindkét esetben a valószínűségi arány statisztikai módszerét alkalmazzuk. A likelihood a valószínűség mértéke, az esélyek pedig a valószínűségi arányok. A valószínűségi arányokat a következőképpen számítjuk ki.

Tanulmány tényleges családi adatok, számolja meg a lókuszok között rekombinációban szenvedő gyermekek számát, és végül számítsa ki a megfigyelt Q érték valószínűségét (valószínűségét) a 0 és 0,5 közötti tartományban. Ezután egy második valószínűséget számítunk ki azon a hipotézis alapján, hogy a két lókusz nem kapcsolódik egymáshoz, azaz. Q=0,50. A családi adatokban megfigyelt Q értékek valószínűségi arányát és a valószínűséget a lókuszok közötti kapcsolat hiányától függőnek tekintjük, és így megkapjuk az esélyhányadost:
1) Az adatok valószínűsége, ha a lókuszok egy bizonyos Q együtthatóhoz kapcsolódnak
2) Az adatok valószínűsége, ha a lókuszok nincsenek összekapcsolva (Q = 0)

Számított esélyhányadosok a Q értékeket általában decimális logaritmus formájában fejezik ki, és az esélyek logójának LOD pontszámának (Z) nevezik. (A logaritmusok használata lehetővé teszi a különböző családokból származó adatok egyszerű összeadással történő kombinálását).

Mendeli betegségek kapcsolatelemzése modellek (prototípusok) alapján

A kapcsolatelemzést modellnek (vagy parametrikusnak) nevezzük, ha feltételezzük, hogy létezik egy adott öröklődési mód (autoszomális domináns, autoszomális recesszív vagy X-kapcsolt), amely megmagyarázza egy tulajdonság öröklődését.

A LOD értékelési elemzés lehetővé teszi azoknak a géneknek a feltérképezését, amelyek mutációi Mendel által terjesztett betegségeket okoznak.

LOD értékelés ad:
- a marker lókusz és a betegség lókusz közötti rekombinációs gyakoriság (Qmax) legjobb becslése;
- annak értékelése, hogy ez a Qmax érték mennyire igazolja a csatolást. A 3-nál nagyobb LOD pontszámok megbízható megerősítésnek minősülnek.

Kuplung egy betegséggén lókusz specifikus Qmax értékével és egy ismert fizikai pozíciójú markerrel azt jelenti, hogy a betegség gén lókuszának a marker közelében kell elhelyezkednie.

Hozzáállás esélyei két értelemben is fontos. Először is, statisztikailag érvényes módszert biztosít a családi adatok felhasználására a lókuszok közötti rekombinációs ráták becslésére. A lényeg az, hogy a statisztikai elmélet szerint az a mennyiség, amely a legnagyobb Z értéket adja, valójában a rekombinációs tört legjobb becslése, amely a rendelkezésre álló adatok alapján elkészíthető. Ezt az értéket Qmax-nak nevezik. Ha Q különbözik 0,50-től, bizonyítékunk van a kapcsolódásra.

Azonban bár Qmax- legjobb becslés K, mennyire jó? Az esélyhányados erre a kérdésre is választ ad, hiszen minél nagyobb a Z hem értéke, annál jobb a Qmax becslés. Egy adott Q pozitív Z értékei (szorzója >1) azt jelzik, hogy a két lókusz össze van kapcsolva, míg a negatív értékek (odds<1), предполагают, что сцепление менее вероятно, чем возможность, что два локуса не сцеплены.

Géntérképezés A linkage analízis lehetőséget ad orvosilag fontos gének lokalizálására a betegség öröklődése és a polimorf markerekben lévő allélok öröklődése alapján, ha a betegség lókusz és a polimorf marker lókusz összekapcsolódik. Térjünk vissza a képen látható családhoz. Az anya a retinitis pigmentosa autoszomális domináns formájával rendelkezik. Ennek a betegségnek több tucat más formája is létezik, amelyek közül sok a genomon belüli meghatározott helyekre van leképezve, és amelyek génjei ismertek.

Nem tudjuk, melyik az anya retinitis pigmentosa formái közül. A 7. kromoszómán lévő két lókuszra nézve is heterozigóta (egy a 7p14-nél, egy pedig a hosszú kar disztális végén). Látható, hogy ebben a családban a mutáns allél (D) átvitele az első generációtól a másodikig változatlanul „követte” a B allélt a 2. markerlókuszon. Mindhárom érintett utód (akik nyilvánvalóan örökölték az anyai mutáns D allélt az RP lókusznál) a 2. marker lókusz B allélját is örökölték. Minden utód, aki örökölte az anyai normál d allélt, örökölte a b allélt, és nincs retinitis pigmentosa. Ugyanakkor a retinitis pigmentosa gén nem követi az 1-es marker lókusz allélját.

Valószínűleg a Q-t így kapjuk igaz» a retinitis pigmentosa lókusz és a 2. lókusz közötti rekombináció aránya, ha korlátlan számú utódunk született. Ebből a szempontból a Q úgy fogható fel, mint annak a valószínűsége, hogy rekombináció történik két lókusz között minden meiózisban. Mivel a rekombináció vagy megtörténik, vagy nem, a Q-val egyenlő rekombináció valószínűségének és a rekombináció elmaradásának valószínűségének össze kell adnia egyet. Ezért annak a valószínűsége, hogy a rekombináció nem következik be, Q-1. Valójában csak hat leszármazottja van rekombináció nélkül.

Mivel mindenki meiózis független eset, minden gyermeknél megszorozzuk a rekombináció (Q) vagy a rekombináció hiányának (Q-1) valószínűségét. Ennek a valószínűsége annak, hogy a retinitis pigmentosa és a 2-es lókusz marker között egyetlen, rekombinációval nem rendelkező gyermeket sem észlelünk, és hat rekombináció nélküli gyermeket észlelünk, Q°x(1-Q)6. A retinitis pigmentosa lókuszok és a 2. marker közötti LOD becslés:

Maximális Z értéke 1,81, amely akkor fordul elő, ha Q=0, és azt sugallja, de nem bizonyosan a kapcsolódás jelenlétét, mivel a Z érték pozitív, de kisebb, mint 3.

A különböző családoktól származó LOD értékelési információk kombinálása

Ugyanígy mindenki meiózis nem rekombináns vagy rekombináns utódokat termelő családban független eset, és a más családokban előforduló meiózisok is függetlenek. Ezért az egyes családok valószínűségi arányainak számlálójában és nevezőjében a valószínűségeket megszorozhatjuk. Hasonló, de kényelmesebb számítás az összes kiszámított valószínűségi arány decimális logaritmusának (log10) összeadása, amely az összes családra vonatkozó általános Z-pontszámot képezi.

A retinitis pigmentosa öröklődésének törzskönyve

Pigmentált esetén retinitis Az ábrán tegyük fel, hogy két másik családot vizsgáltak, és az egyikben négy gyermeknél nem volt kimutatható rekombináció a 2. lókusz és a retinitis pigmentosa között, a harmadikban pedig öt gyermeknél nem volt rekombináció. Az egyéni LOD pontszámokat minden családra kiszámítottuk, majd összeadtuk. Ebben az esetben azt mondhatjuk, hogy a retinitis pigmentosa gén ebben a családcsoportban a 2-es lókuszhoz kapcsolódik.

A kromoszómahelyzet óta polimorf lókusz 2 ismert- 7p14, a retinitis pigmentosa ebben a családban a 7p14 körüli régióhoz kapcsolódhat, közel az RP9 lókuszhoz, amelyet már azonosítottak az autoszomális domináns retinitis pigmentosa egyik formájára.

05.05.2015 13.10.2015

A modern genetikatudományban széles körben használják az allélok, lókuszok, markerek kifejezéseket. Eközben a gyermek sorsa gyakran az ilyen szűk fogalmak megértésén múlik, mivel az apaság diagnózisa közvetlenül kapcsolódik ezekhez a fogalmakhoz.

Az emberi genetikai jellemzők

Minden embernek megvan a maga egyedi génkészlete, amelyet a szüleitől kap. A szülői gének összességének kombinációja eredményeként a gyermek egy teljesen új, egyedi organizmusa keletkezik, saját génkészlettel.
A genetikai tudományban a modern kutatók diagnosztikai célból azonosították az emberi gének bizonyos területeit, amelyek a legnagyobb variabilitással rendelkeznek - lókuszok (második nevük DNS-markerek).
Ezen lókuszok bármelyike ​​számos genetikai változattal rendelkezik - allélek (allélváltozatok), amelyek összetétele minden ember számára teljesen egyedi és egyedi. Például a hajszín lokuszának két lehetséges allélja van - sötét vagy világos. Minden markernek megvan a maga egyéni allélszáma. Egyes markerek 7-8, mások 20-nál többet tartalmaznak. Az összes vizsgált lókusz allélkombinációját egy adott személy DNS-profiljának nevezzük.
Ezeknek a génszakaszoknak a változékonysága teszi lehetővé az emberek közötti rokonság genetikai vizsgálatát, mivel a gyermek minden szülőtől kap egy lókuszt a szüleitől.

A genetikai vizsgálat elve

A biológiai apaság megállapítására szolgáló genetikai eljárás segít meghatározni, hogy a magát egy bizonyos gyermek szülőjének tartó férfi az igazi apa, vagy ezt a tényt kizárták. A biológiai apaság vizsgálata érdekében az elemzés összehasonlítja a lókuszokat a szülők és gyermekük között.
A modern DNS-elemző technikák képesek egyszerre több lókuszban is vizsgálni az emberi genomot. Például egy standardizált génvizsgálat magában foglalja 16 marker egyidejű vizsgálatát. De ma a modern laboratóriumokban közel 40 lókuszon végeznek szakértői kutatást.
Az elemzéseket modern génanalizátorokkal - szekvenátorokkal - végzik. A kimeneten a kutató elektroferogramot kap, amely jelzi az elemzett minta lokuszait és alléljait. Így a DNS-elemzés eredményeként elemzik bizonyos allélok jelenlétét az elemzett DNS-mintában.

A kapcsolat valószínűségének meghatározása

A kapcsolat szintjének meghatározásához az adott vizsgálatban részt vevő személyről kapott DNS-profilok statisztikai feldolgozáson esnek át, melynek eredménye alapján a szakértő következtetést von le a kapcsolat százalékos valószínűségére.
A rokonság mértékének kiszámításához egy bizonyos statisztikai program összehasonlítást végez az összes vizsgált lókusz azonos allélváltozatainak megléte alapján. A számítást az elemzésben részt vevő összes résztvevő között végzik el. A számítás eredménye a kombinált apasági index meghatározása. A második mutató az apaság valószínűsége. Az egyes meghatározott értékek magas értéke a vizsgált férfi biológiai apaságának bizonyítéka. A rokonsági mutatók kiszámításához általában az orosz lakosság számára nyert allélgyakoriságok adatbázisát használják.
A 16 különböző, véletlenszerűen kiválasztott DNS-marker összehasonlításából származó pozitív eredmény a statisztikák szerint lehetővé teszi az apaság valószínűségének meghatározását. Ha azonban a 16-ból 3 vagy több marker alléljei nem egyeznek, a biológiai apasági vizsgálat eredménye negatívnak minősül.

A vizsgálati eredmények pontossága

A genetikai vizsgálatok eredményeinek pontosságát számos tényező befolyásolja:
az elemzett genetikai lókuszok száma;
a lokusz természete.
A lehető legtöbb, egy adott személyre jellemző lókusz genetikai elemzése lehetővé teszi számunkra, hogy pontosabban megállapítsuk (vagy éppen ellenkezőleg, cáfoljuk) az apaság valószínűségének mértékét.
Így az elért valószínűségi fok akár 40 különböző lókusz egyidejű elemzésekor akár 99,9% a biológiai apaság valószínűségének megerősítéséhez, valamint akár 100% negatív eredmény esetén.
A biológiai apaság 100%-os valószínűséggel történő meghatározása lehetetlen, mivel elméletileg létezik olyan férfi, aki ugyanolyan DNS-markerekkel rendelkezik, mint a gyermek apja. 99,9%-os valószínűségi szint mellett azonban a vizsgálat pozitívnak minősül, az apaság bizonyított.

Milyen DNS-források alkalmasak elemzésre?

A DNS-teszt egy rendkívül érzékeny eljárás, amely nem igényel nagy mennyiségű mintát a DNS-kinyeréshez. A modern tudományos fejlődésnek köszönhetően az apaság valószínűségének meghatározására szolgáló genetikai vizsgálat elvégezhető egy bizonyos személytől származó biológiai anyag (szájból, haj, vér tampon), és nem biológiai anyag felhasználásával, azaz csak érintkezés egy személlyel (például a fogkeféjével, ruhadarabjával, babacumjával, konyhai eszközével). Ez azért lehetséges, mert minden emberi sejtben, függetlenül azok eredetétől, a DNS-molekulák teljesen azonosak, ami lehetővé teszi a páciens szájából vett DNS-minták összehasonlítását a vérből vett mintával vagy egy fogkefe vagy ruházat.

Új fejlemények az apaság megállapításában

Az apaság meghatározásában új szót jelentett a mikrochip diagnosztika fejlesztése. A mikrochipen (kislemezen) szinte minden emberi gén feltüntetésének köszönhetően az apaság megállapítása nem lesz nehéz. Ez a technológia hasonló a genetikai „útlevélhez”. A magzatból vér- vagy magzatvízminta vételével könnyen kinyerhető belőle a DNS, és a szülők mikrochipjeire hibridizálható. A kutatók azt tervezik, hogy ezt a technológiát örökletes betegségek azonosítására is használják.

Gén- az élő szervezetek öröklődésének szerkezeti és funkcionális egysége. A gén a DNS egy szakasza, amely egy specifikus polipeptid vagy funkcionális RNS szekvenciáját határozza meg.

Peptidek- olyan anyagok családja, amelyek molekulái két vagy több aminosavból épülnek fel, amelyeket -C(O)NH- peptid (amid) kötések kötnek láncba. Általában aminosavakból álló peptidekre utal. Olyan peptidek is nevezhetők, amelyek szekvenciája körülbelül 10-20 aminosavnál rövidebb oligopeptidek, nagyobb sorozathosszúsággal hívják őket polipeptidek.

Fehérjékáltalában körülbelül 50 aminosavból álló polipeptideknek nevezik.

Genom- a szervezet sejtjében található örökítőanyag összessége. A genom tartalmazza a szervezet felépítéséhez és fenntartásához szükséges biológiai információkat. A legtöbb genom, beleértve az emberi genomot és az összes többi sejtes életforma genomját, DNS-ből készül, de néhány vírusnak van RNS genomja. Emberben (Homo sapiens) a genom a sejtmagban elhelyezkedő 23 pár kromoszómából, valamint mitokondriális DNS-ből áll. Huszonkét autoszóma, két X és Y nemi kromoszóma, valamint az emberi mitokondriális DNS együtt körülbelül 3,1 milliárd bázispárt tartalmaz.

A környezeti tényezőkkel együtt a genom határozza meg fenotípus test.

Genotípus- egy adott organizmus génkészlete, amely az egyedre jellemző. A „genotípus” kifejezést a „gén” és „fenotípus” kifejezésekkel együtt V. L. Johansen genetikus vezette be 1909-ben „Elements of the Precise Study of Heredity” című munkájában. Jellemzően egy genotípusról egy adott gén összefüggésében beszélnek; poliploid egyedeknél egy adott gén alléljainak kombinációját jelöli. A legtöbb gén egy organizmus fenotípusában jelenik meg, de a fenotípus és a genotípus a következő vonatkozásokban különbözik:

1. Az információforrás szerint (a genotípus meghatározása az egyed DNS-ének tanulmányozásával, a fenotípus rögzítése a szervezet megjelenésének megfigyelésével történik)
2. Egy genotípus nem mindig felel meg ugyanannak a fenotípusnak. Egyes gének csak bizonyos feltételek mellett jelennek meg a fenotípusban. Másrészt egyes fenotípusok, például az állati szőrszín, több gén kölcsönhatásának eredménye a komplementaritás típusa szerint.

Allélek- ugyanazon gén különböző formái, amelyek a homológ kromoszómák azonos régióiban (lókuszaiban) helyezkednek el, és ugyanazon tulajdonság alternatív fejlődési lehetőségeit határozzák meg. Egy diploid szervezetben lehet ugyanannak a génnek két azonos allélja, ebben az esetben a szervezetet homozigótanak nevezik, vagy két különböző allélt, ami heterozigóta szervezetet eredményez. Az „allél” kifejezést V. Johansen (1909) is javasolta.

Locus- a genetikában egy adott gén elhelyezkedését jelenti egy kromoszóma genetikai vagy citológiai térképén. A DNS-szekvencia egy adott lókuszban található változatát allélnek nevezzük. Egy genom lókuszainak rendezett listáját nevezzük genetikai térkép.

Géntérképezés egy adott biológiai tulajdonság lokuszának meghatározása.

Kromoszómák- az eukarióta sejt magjában lévő nukleoprotein szerkezetek, amelyekben az öröklődő információ nagy része koncentrálódik, és amelyek tárolására, megvalósítására és átvitelére szolgálnak. A kromoszómák fénymikroszkópban csak mitotikus vagy meiotikus sejtosztódáskor láthatók tisztán. A sejt összes kromoszómájának összessége, amelyet kariotípusnak neveznek, egy fajspecifikus karakter, amelyet az egyéni variabilitás viszonylag alacsony szintje jellemez.

A kifejezést eredetileg az eukarióta sejtekben található struktúrákra javasolták, de az utóbbi évtizedekben egyre gyakrabban beszélnek bakteriális vagy vírusos kromoszómákról. Ezért egy tágabb definíció szerint a kromoszóma olyan struktúra, amely nukleinsavat tartalmaz, és amelynek funkciója az örökletes információ tárolása, megvalósítása és továbbítása. Az eukarióta kromoszómák DNS-tartalmú struktúrák a sejtmagban, a mitokondriumokban és a plasztidokban. A prokarióta kromoszómák DNS-tartalmú struktúrák egy sejtmag nélkül.

Vírus kromoszómák egy kapszidban található DNS- vagy RNS-molekula.

ELŐADÁS 1. Klasszikus és molekuláris genetika. Alapfogalmak: tulajdonság, fenotípus, genotípus, gén, lókusz, allél, homozigóta, heterozigóta, hemizigóta.

Citológiai és Genetikai Intézet, SB RAS és FEN NSU, Novoszibirszk, 2012.

1.1. Klasszikus és molekuláris genetika

A mai előadás bevezető jellegű, a részletekre később térünk rá. Mint szinte minden tudomány esetében, a genetika határait meglehetősen nehéz körülhatárolni, és egy nagyon általános meghatározás „ genetika – az öröklődés tudománya- nem különösebben termékeny. Zhimulev például egyszer azt mondta, hogy a genetika ma már mindenhol jelen van – az orvostudományban, a kriminológiában, az evolúcióelméletben, a régészetben, és magában a genetikában még a nukleinsavak is szinte láthatatlanok – teljes mértékben fehérje kölcsönhatások. Így valójában egyenlőségjelet tett a genetika és az egész modern biológia közé. Másrészt a XX. század körülbelül első kétharmadában a genetika volt a biológia talán legelszigeteltebb és legvilágosabban körülhatárolt területe, amelyet elsősorban szintetikus módszertana jellemez, szemben a biológia más ágainak analitikai módszertanával. . Hogy megtudja tárgya szerkezetét, nem részekre osztotta, hanem közvetetten ítélte meg a részeket, az egészet megfigyelve (nevezetesen a jellemvonások keresztben való viselkedését figyelve) és a matematikára támaszkodva, és meg volt győződve a következtetéseinek helyességét az előre jelzett tulajdonságokkal rendelkező élő szervezetek megszerzésével. Így a genetika a kezdetektől fogva képes volt valami újat létrehozni, és nem csak leírni a megfigyelteket. Ugyanakkor a huszadik század második felében gyorsan fejlődött a molekuláris biológia – eleinte tisztán analitikus tudomány, amely részekre szakadt. Előrehaladását azonban nagyrészt genetikai módszerekkel hajtották végre – ne felejtsük el, hogy a genetikai kódot Benzer és Crick kísérletei során határozták meg bakteriofágok mutációinak felhasználásával. Ebben az esetben azonban a mikroorganizmusok genetikáját használták fel, és a „klasszikus” genetika előrehaladását mindig is az eukarióták genetikájával társították.

Ennek eredményeként a molekuláris biológia szinte kimerítő ismereteket szerzett arról, hogy miből és hogyan épül fel egy élő szervezet. A molekuláris biológia és a genetika tantárgyai sok tekintetben átfedték egymást: mindketten az öröklődő információk átvitelét és megvalósítását tanulmányozták (és élő szervezet az öröklődő információ megvalósítása), azonban ennek a tárgynak az ellenkező oldaláról való megértése felé haladtak - a genetika. kívülről”, molekuláris biológia „belülről”

A huszadik század utolsó harmadában a molekuláris biológia és a genetika úgyszólván találkozott, beleértve az eukarióták tanulmányozását is. A genetika spekulatív tárgyai teljesen konkrét, ismert szerkezetű fizikai és kémiai objektumokká változtak, a molekuláris biológia pedig szintetikus tudománygá vált, amely képes még magasabb, többsejtű szervezeteket is tetszés szerint befolyásolni – vegyük például a genetikai módosítást. Itt a genetika mint tudomány határai a megkülönböztethetetlenségig törlődnek – lehetetlenné vált megmondani, hol ér véget a molekuláris biológia és hol kezdődik a genetika. Sőt, úgy tűnt, hogy a „molekuláris genetika” kifejezés az így létrejövő szintetikus tudományt jelöli, aminek következtében homályossá vált, hogy az utóbbin túl pontosan mi maradt meg a genetikában. A premolekuláris genetika, annak minden keresztezésen és valószínűségszámításon alapuló megközelítésével a „klasszikus genetika” megtisztelő címet kapta. Másrészt ezzel a címmel mintegy tiszteletreméltó nyugdíjba küldték. Emlékezhetünk rá, hogy Watson és Crick nem voltak hajlandóak megvitatni DNS-szerkezetük modelljét a Nature-cikkben, mert a következmények túl nagyok és nyilvánvalóak voltak. Egy ponton úgy tűnhet, hogy minden genetika ebből a modellből következik.

Paradox helyzet van kialakulóban. Minden genetikai kurzus ennek a tudománynak a történetével kezdődik. Megvizsgálja, hogyan dolgozott Mendel a borsóval, mit kapott és hogyan értelmezte azt tudása alapján, majd hogyan dolgozott Morgan és iskolája a gyümölcslegyekkel, mit kaptak és hogyan értelmeztek. Lehetetlen kihagyni mindkét témát – Mendel példát ad nekünk egy olyan emberről, aki a nulláról fejlődött, és briliánsan alkalmazta a matematikán alapuló genetikai módszertant, és a Morgan iskola a huszadik század első három évtizedében kidolgozta a kromoszómaelméletet. öröklődés és gyakorlatilag az összes klasszikus genetika. Továbbá a genetikai kurzusok két nagy osztályra oszthatók. Egyesek részletesen tanulmányozzák e tudomány fejlődésének teljes történetét és belső logikáját, bemutatva módszertanának erejét és az emberi elme képességeit a dolgok mélyére való spekulatív behatolásban. Más kurzusok, gyorsan átugorva ezt a történelmi időszakot, a molekuláris genetikával foglalkoznak, és ott foglalkoznak azzal, ami jelenleg ismeretes a gének szerkezetéről és működéséről. Valójában mindkét típusú kurzus a klasszikus genetikát a múltba helyezi, és csak a visszatekintés részleteiben különböznek egymástól. Kiderült, hogy a klasszikus genetikának csak történelmi jelentősége van. Hatékony módszertana azonban nem tűnt el, és nagyon sokféle tanulmányhoz szükséges. Ha megnézzük azokat a cikkeket, amelyek meglehetősen molekuláris biológiai címekkel rendelkeznek és a legjobb folyóiratokban jelentek meg, akkor látni fogjuk, hogy mindegyik kiterjedt anyagon alapul, amely több száz egyedi mutációról és azok kombinációiról szól, figyelembe véve a mutációk természete közötti kapcsolatot. és az általuk okozott fenotípus. Ez igaz mind a Drosophilára vagy az egerekre, amelyekre hatalmas genetikai gyűjteményeket gyűjtöttek és speciális laboratóriumi vonalakat hoztak létre (egyesek körülbelül száz éve, mások mostanában), mind az emberekre, ahol hatalmas mennyiségű orvosi-genetikai - lényegében populáció alapú - kutatások mára felhalmozódtak.genetikai - örökletes betegségekkel kapcsolatos adatok. És minél gazdagabb ez a tudás- és mintaszervezetek arzenálja, annál elegánsabb a munka. Mindezek a komolyabbnál komolyabb vizsgálatok lehetetlenek a klasszikus és a molekuláris genetika módszertanának egyidejű elsajátítása nélkül. Ezért a legjobb ezt a „két genetikát” párhuzamosan tanulmányozni, bármilyen nehéz is a rendszerezés.

A modern tudományban is láthatunk példákat arra, hogy az „elavult” klasszikus genetika figyelmen kívül hagyása milyen furcsaságokhoz vezet. Például egy európai tudóscsoportnak heterozigótát kellett szereznie a borsóban történő transzlokációhoz. (Most azon az alapon beszélek, hogy van valami fogalmad arról, hogy miről beszélünk. Ha nincs, akkor mindegy, mindezt szinte túlságosan is részletesen megfontoljuk; egyelőre genetikai tudás szükségességéről beszélünk). A szülői vonalból származó protoplasztok fúziójával szerezték meg. A borsó sejttenyészetéből történő regeneráció rendkívül nehéz, rendkívül munkaigényes folyamat. Miért tették ezt? Nyilván azt hitték, hogy a transzlokáció hordozói nem keresztezik a közönséges borsót! Valójában a transzlokációban eltérő szülők keresztezésekor szaporodási problémák merülnek fel, de csak a következő nemzedékben, és a termékenységnek csak a felét veszítik el.

De ezeknek a tudósoknak legalább heterozigótára volt szükségük. Mindeközben a molekuláris biológia iránti általános vonzalom és a klasszikus genetika figyelmen kívül hagyása oda vezet, hogy a heterozigóták létezését – vagyis azt, hogy az eukariótákban minden gén két kópiában jelenik meg, amelyek eltérhetnek vagy azonosak lehetnek – gyakran teljesen feledésbe merülnek. Például német szerzőktől kaptam áttekintésre egy cikket, amelyben 38 különböző régiókban (Nyugat-Európa, Nyugat-Szibéria, Japán és Észak-Amerika) fogott szitakötő egyed egy bizonyos nem kódoló DNS-szekvenciáját közvetlenül leolvasták, és 20 változatot találtak. azt. Úgy írták, mintha minden egyedben csak egy változatot találtak volna. Ha azonban a változékonyság valóban olyan nagy, mint azt állítják, akkor annak a valószínűsége, hogy a mintájukban lesz legalább egy olyan egyed, amelyben ennek a sorozatnak mindkét másolata megegyezik, nem nagyon különbözik a nullától. És erről egyáltalán nem is esett szó. A felülvizsgálat után azt írták, hogy öt esetben gyanakodtak heterozigótaságra. Ha tényleg csak öten vannak, akkor a kezükben volt az a csodálatos jelenség, hogy a heterozigóták homozigótákká alakulnak még ismeretlen mechanizmusok révén, de ezt úgy tűnt, nem is értették.

Napjainkban elterjedtek bizonyos DNS-szekvenciákon alapuló filogenezis-rekonstrukciók. Így nagyon gyakran a populációk közötti eltérések időpontja alapján próbálják megítélni, hogy ezek a populációk ugyanahhoz a biológiai fajhoz tartoznak-e vagy különbözőek. (Megjegyzendő, hogy a divergencia idejét becsülik meg, mivel a vizsgált gének, amelyek változékonysága többé-kevésbé állandó az időben, biztosan nem azok a gének, amelyekkel a speciáció változásai összefüggésbe hozhatók). Mindeközben a divergencia idejének általában nem sok köze van ehhez a problémához - bizonyos helyi populációk szaporodási izolációjának pillanatai, azaz a fajképződés pillanatai bizonyos körülmények között előfordulnak, és általában nem tartanak sok időt a paleontológiai szempontból. nézetben (tíz-százezer év), akkor hogyan tudnak a populációk hosszú ideig szétválni speciáció nélkül. A kérdés pontosan az, hogy megtudjuk, van-e reproduktív elszigeteltség a populációk között (legalábbis potenciálisan). Ehhez meg kell nézni, hogy van-e közöttük géncsere (ha ez fizikailag lehetséges) vagy sem. Itt nagyon fontos kideríteni, hogy a populációk találkozásánál jelen vannak-e az egyes allélekre jellemző heterozigóták, és mi a gyakoriságuk. De ezt szinte senki sem teszi meg, és azt, hogy a populációk ugyanahhoz vagy különböző fajhoz tartoznak-e, a köztük lévő különbségek mértéke alapján ítélik meg, összehasonlítva azokat a kétségtelennek tartott esetek különbségeivel.

Általánosságban elmondható, hogy ha egy egyedi organizmus (mondjuk fajának képviselőjeként) a molekuláris genetika módszereivel tanulmányozható, akkor amint sok élőlényről beszélünk, felvetődik egy populációgenetikai probléma - és egy ilyen elég gyakran felmerül a probléma, például a populációbiológiában és a szelekcióban - Itt nem nélkülözhetjük a klasszikus genetika megközelítéseit. A klasszikus genetika nélkülözhetetlen mindenben, ami egyazon fajhoz tartozó sok egyed egyéni különbségeit és tulajdonságait érinti. Pontosan ez az eleme, és ebben gyakran tehetetlennek találják magukat azok a jelenlegi tudósok, akik a klasszikus genetikai oktatást molekuláris biológiára cserélték.

A fentiek alapján feladatomnak tekintem a klasszikus genetika bemutatását nem annyira történeti vonatkozásban, a múlt nagy tudósait követve, hanem a tudomány mai állása alapján, különös tekintettel - anélkül, hogy elvonatkoztatna az Ön által birtokolt tudástól. már megkapta a molekuláris biológiai tanfolyamokat és a citológiát. Ugyanakkor néhány, az organizmusok szintjén tisztán empirikusként felfedezett mintázat a molekulák szintjén teljesen természetes értelmezést nyer, és szinte triviálisnak tűnik. Ugyanakkor világosan meg kell érteni magukat ezeket a mintákat, mivel ezeket kell használni az organizmusok szintjén. Bizonyos értelemben egy ilyen genetikai kurzus egyfajta "trükkök bemutatása kinyilatkoztatásokkal" - ahol maga a trükk és annak háttere egyaránt "orvosi tények". Egy ilyen tanfolyamot egy nagyon produktív módszertan megtanítására terveztek: egy tulajdonságtól a génekig, és azok hatásmechanizmusának megértése révén új tulajdonságok szintéziséig.

Amint azt már értitek, jelenleg a genetika tartalma hatalmas és heterogén, így a ránk szánt idő valószínűleg még egy rövid bemutatkozásra sem lesz elegendő. Ez arra kényszerít bennünket, hogy a kulisszák mögé hagyjuk a genetika történetét, mint önálló témát, amelynek külön tanfolyamot kell szentelni.

Sajnos a genetika fentebb vázolt tanulmányozásának ideálja a jelenlegi szakaszban - a tulajdonságtól a génig és vissza - nem felel meg egyetlen elérhető tankönyvnek sem, valószínűleg azért, mert ez a tudomány most túl gyorsan fejlődik. Ennek a körülménynek némi kárpótlásul igyekszem szerény előadásaimat saját honlapomra feltenni, ahol azok számára elérhetőek lesznek, akiknek megadom a címüket - vagyis Önök. Azt javaslom, hogy alapul vegye Vectomov „Genetika a kiválasztás alapjaival” című tankönyvét. Jól ismert Igor Fedorovich Zhimulev akadémikus „Általános és molekuláris genetika” című tankönyve is, amelyben a fő hangsúly a molekuláris genetikán van, Leonyid Vlagyimirovics pedig alaptankönyvként ajánlja. Megértem, hogy két alaptankönyv nem a legkényelmesebb helyzet a sikeres vizsga letételéhez. De ez hozzájárul a téma megértéséhez. Elmondhatom, hogy én személy szerint itt vagyok, és általában a Citológiai és Genetikai Intézetben dolgozom, kizárólag azért, mert Vlagyimir Alekszandrovics Berdnyikov genetikai tanfolyamán vettem részt. Ez volt a legjobb kurzus, amit hallottam, és egyáltalán nem felelt meg egyetlen tankönyvnek sem, mert V.A. a tudományos folyóiratok legfrissebb ismertetései alapján készítette el, amelyek még egyetlen tankönyvben sem szerepeltek. Igor Fedorovich eredeti előadásait is tankönyvvé alakította.

Nagyon alaposan ki fogjuk érinteni a genetika alapjait, hogy jól érezzük azokat. Kezdjük a legelejéről, annak ellenére, hogy a genetika legalapvetőbb alapjait lefedik az iskolában, ne adj isten, hogy lemaradjunk valami egyszerűről, de fontosról. Másrészt olyan egyetemi hallgatókkal van dolgom, akik már elvégeztek egy molekuláris biológia szakot, és jelenleg a valószínűségszámítás elméletét és a matematikai statisztikát tanulják, ami lehetővé teszi, hogy ne vonja el figyelmemet e kurzusok anyagai, amelyek így szükséges a genetika tanulmányozásához. Például feltételezem, hogy tudja (vagy a megfelelő időben megtanulja), hogy mi az alternatív splicing vagy Poisson-eloszlás.

Az egyetemi kurzusokon a biológia bemutatásának szokásos logikája az, hogy alulról felfelé haladunk, az atomoktól a molekulákig és makromolekulákig, majd a sejt struktúráihoz, magának a sejtnek az életéhez, majd egy többsejtű szervezethez. Ha a végsőkig ismerjük az életszervezés alapelveit, ez a bemutatási sorrend szervesnek és természetesnek bizonyul. Ezek az alapelvek magukban foglalják a nukleinsavak információhordozóként való működésének mechanizmusát is, elsősorban a különböző fehérjékről és funkcionális RNS-ekről (amelyek a kis RNS-ek felfedezése után sokrétűbbnek bizonyultak, mint azt korábban gondolták), és nem csak azokról. szerkezetét, hanem arról is, hogy mikor, hol és hány adott RNS-t vagy fehérjét kell szintetizálni. Ezeket a folyamatokat ismét bizonyos fehérjék (és gyakran RNS) segítségével szabályozzák. Létezik kaszkádelv a genetikai vezérlőrendszerek bevetésére - a gének fehérjéket (RNS) kódolnak, amelyek szükségesek más fehérjéket (RNS) kódoló gének szabályozásához stb. Mivel a szervezetben szinte mindent fehérjék „készítenek” (plusz egyes RNS-ek), kiderül, hogy valójában az egész szervezetről szóló információkat rögzítik a nukleinsavak - azonban ezen információk olvasása lehetetlen korábban szintetizált (ismét a DNS-mátrix segítségével) fehérjék nélkül, amelyek DNS-sel működnek.

Ez a bemutatási sorrend teljesen egybeesik azzal a sorrenddel, amelyben maga az élet alakult ki. Eleinte ezek néhány „egyszerű” (de csak a későbbiekhez képest) önreplikálódó makromolekulák, látszólag nukleinsavak rendszerei voltak. Aztán véletlenül egy foszfolipid membránnal vették körül magukat, ami lehetővé tette számukra, hogy saját mikrokozmoszukat építsék fel benne. Így jöttek létre a sejtek. A fehérjék egyre fontosabb szerepet játszottak ezen első élőlények működésében, de az irányítás teljes egészében a nukleinsavakban maradt. A sejtek összetettebbé váltak, és megtanultak egyre helyesebben osztódni. Az osztódás után néha nem oszlottak szét, kolóniákat alkotva. Ezek a kolóniák méretükből és formájukból adódóan egyre összetettebb problémákkal néztek szembe – a kolónia összes sejtjét el kellett látni mindennel, ami az élethez szükséges. Ezeknek a problémáknak a megoldását a telepek bizonyos struktúrájával és a sejteket alkotó sejtek közötti munkamegosztással sikerült megoldani. Az egyszerű kolóniák sejtállapotokká, azaz többsejtű organizmusokká alakultak. A komplex struktúrákként való önszaporodásuk problémáit is megoldották, és ezt úgy valósították meg, hogy a sejtosztódást és a köztük lévő kölcsönhatásokat szabályozó komplex genetikai program bevetésével minden élőlény egyetlen sejtből fejlődhessen.

A biológiai ismeretek bemutatásának ez a standard sorrendje azonban elvonja a figyelmet a megszerzésük módjáról. És akkor szerezték meg őket, amikor a tudomány pontosan ellenkező irányba fejlődött - az organizmusoktól a szervekig, sejtektől, makromolekulákig és atomokig. Ahogy elmélyültek ezeken a szinteken, a tudósok csak találgatni tudtak a mélyebb szint működéséről. Réges-régen a legtöbb, amit tehettek, az volt, hogy kinyitották a testet, megnézték a szerveket, és kitalálták, hogyan működnek. Amikor a sejteket felfedezték, kezdetben azt hitték, hogy megteltek az ürességgel. Aztán felfedezték a protoplazmát, de eleinte csak viszkózus folyadéknak látták, ami azonban valami rejtélyes módon az élet lényegét tartalmazza. Felfedezték a sejt magját és sejtszervecskéit. Olyan színezékeket találtunk, amelyek eltérően színezik őket, és ezáltal megközelítették kémiai összetételüket. A tizenkilencedik század végén. felfedezték a nukleinsavakat és rájöttek hozzávetőleges kémiai összetételükre, de konkrét szerkezetük sokáig rejtély maradt, aminek a megoldása olyan zseniálisnak tűnt. Valószínűleg itt állt meg a búvárkodás a biológia mélységeibe. Elérkezett a részletek felhalmozódásának időszaka ezen a mélységi molekuláris szinten. Szokatlanul sok volt a részlet. Most azt az időszakot éljük, amikor ez a rengeteg részlet kezd összeállni valamiféle koherens képpé - egy élő szervezet szerkezetének modelljévé. Sőt, ez a modell annyira összetett, hogy az emberi tudat nem képes teljesen felfogni, így nemcsak felépítése, de vizuális leírása és használata sem lehetséges a modern számítógépek nélkül. A huszadik század végére azonban. a biológia összes alapelvét felfedezték. A klasszikus genetika több tehetséges tudós közreműködésével a huszadik század első három évtizedében szinte teljes egészében koherens és logikus tudományként fejlődött ki.

A klasszikus genetika pontosan egy markáns példája a kutatónak a makroszintről a mikroszintre való mozgásának. Viselkedéséből rekonstruálja a rendszer kialakítását, fekete dobozként közelítve hozzá. Mintha egy ismeretlen eszköz idegen mechanizmusai kerültek volna tudósok kezébe anélkül, hogy diagramok vagy utasítások szerepelnének. Két fő jellemzőt lehet megjegyezni. Az első a rekonstrukció elképesztő mélysége, amelyet az objektum szerkezetére vonatkozó közvetlen információk hiányával ért el. Lenyűgöző a klasszikus genetikai megközelítés ereje: csak a látható jelekkel foglalkozva lehetővé vált, hogy képet alkossunk az érthető génekről, azok elhelyezkedéséről néhány titokzatos lineáris hordozóban, a gének változásairól és ezekről a hordozókról. A tulajdonságok öröklődési mintájából kiindulva arra használták, hogy képet kapjanak a genetikai információ hordozóinak felépítéséről, ezen információk utódoknak való továbbításáról és élő hússá való átalakulásáról. A második jellemző a genetikai tudás már említett szintetikus, nem pedig analitikus jellege, amelynek érvényessége már a megszerzési folyamatban azonnal megtestesült valami új – új tulajdonságokkal rendelkező organizmusok – létrejöttében. Elég néhány modellobjektum jól áttanulmányozott genetikájával rendelkezni, majd a többi objektumot a hozzájuk való hasonlóság alapján lehet megítélni. Thomas Morgan híres aforizmája „ami igaz a légyre, az igaz egy elefántra is” persze elég erős túlzás, ezt majd meglátjuk. Ez a megközelítés azonban (az úgynevezett homológiai sorozatok törvényében is kifejezve) továbbra is működik.

A klasszikus genetika fő módszere a keresztezés. A genetikusok a legtöbb következtetésre a szülők és az utódok jellemzőinek viselkedését figyelve jutottak le, és a kutatók minden új generációnál tett lépéseit az előző generációban kapott eredmények határozzák meg. Éppen ezért a genetikai kutatás kicsit olyan, mint egy sakkjátszma. Az ilyen vizsgálatokból levont következtetések rendkívül részletesek voltak, és amint azt a tudomány további fejlődése mutatta, helyesek is. Gregor Mendel a 19. század végén végzett borsókísérleteiben. valójában feltételezte a kromoszómák létezését és leírta a viselkedését a meiózisban, anélkül, hogy a kromoszómákról a legcsekélyebb fogalma is lett volna. A gének kromoszómákhoz való viszonyát csak a 20. század elején állapították meg, és szinte ennek közepéig erősen gyanítható volt, hogy a fehérjék az öröklődés anyagi hordozói. Más szóval, ha a biológia más ágai nem igazán szakadtak el a leíró megközelítéstől, akkor a genetika a modelljeiben messze megelőzte azt az időt, amikor az általa vizsgált tárgyakat anyagi entitásként lehetett leírni. Az orosz tudomány történetének tragikus korszakában, amely a múlt század 30-50-es éveiben ideológiai diktatúra alá került, ez adott okot arra, hogy a genetikát idealista áltudománysá nyilvánítsuk, és az élvonalban lévő országunkat fizikailag messze visszadobjuk. a legjobb genetikusok elpusztítása.

A klasszikus genetika, mint tudomány olyan kognitív ereje, amely képes helyes következtetéseket levonni egy sejt bizonyos mikrostruktúráinak viselkedéséről a keresztezésekben előforduló tulajdonságok viselkedése alapján, még akkor is, ha nem sejti, miből állnak, elsősorban annak köszönhető. arra a tényre, hogy a genetika sok matematikát tartalmaz a különböző ágaiból. Ez a körülmény pedig annak köszönheti létezését, hogy a genetika tárgya nem valami biológiai struktúra, hanem információ. Az információ tanulmányozható, függetlenül attól, hogy milyen anyagi adathordozón valósul meg. Így a programozónak munkája során nincs szüksége annak ismeretére, hogy a programja pontosan hogyan testesül meg kristályok állapotában egy számítógépes processzorban, bár tisztában van vele, hogy pontosan ezen a fizikai alapon fog megvalósulni. A genetika alapvetően biológiai informatika. A számítástechnikát korábban kibernetikának hívták. És ez egy másik „áltudomány” volt, amelyet Sztálin és Hruscsov alatt üldöztek, a köztük lévő összes különbség ellenére. (Szerencsére akkoriban még nem volt olyan fejlett a matematika, mint a genetika a biológia ágaként, és ennek következtében kevesebb kár érte ezt a céget).

"Klasszikus" genetika(néha hívják Mendeli, bár ez sokkal tágabb, mint amit Mendel felfedezett, és itt jobban megfelelne a hírhedt ideológiai megbélyegzés, a „Mendelizmus-Morganizmus”). az öröklődés tudománya, amely a szervezet fejlődését irányító rendszer elvont elemeivel operál, elvonják a figyelmet anyagi hordozójuktól, és lényegében nincs rá szükségük. Illetőleg, molekuláris genetika ként határozható meg az öröklődés hátterében álló molekuláris mechanizmusok tudománya. Remélem, felesleges lenne felszólítani, hogy ne tulajdonítsunk nagy jelentőséget ezeknek és hasonló formai definícióknak. A valódi tudományos gyakorlatban „két genetikus” létezik, és még inkább nincs közöttük határ, és a fenti definíciók maguk is csak a gondolkodás általános irányát jelzik...

Köztudott azonban, hogy bármiféle definíció tökéletlen, hiszen gondolkodásunk nem matematikai logika és fogalmak - amivel a gondolkodásunk operál - nem redukálható szavakra - amelyek segítségével bizonyos veszteségekkel rögzítünk és jelentünk. a gondolkodás eredményei. A fogalmak csak megért(különböző tisztánlátással), megfigyelve kölcsönhatásaikat a korábbiakkal tanúk fogalmak különféle szövegeken, ahol a fogalmakat szavak jelzik. A meghatározás csak a legrövidebb és leghatékonyabb szöveg, amely közelebb visz a megértéshez, de mindig lesznek olyan helyzetek, amikor bármely meghatározás nem működik (annak ellenére, hogy a fogalmak működnek). Ahol lehetséges, igyekszem olyan meghatározásokat adni, amelyek a legsikeresebbnek tűnnek, anélkül, hogy különösebben aggódnék amiatt, hogy mennyire felelnek meg a korábban javasoltaknak vagy eredetiek, de nem veszem őket túl komolyan, és nagyon távol állok attól, hogy megírjam őket. le a diktálás alatt és ezek memorizálása megkönnyítheti.a téma megértését.

A genetika eleinte egyetlen tudós magányos bravúrjából állt, akit egyetlen kortárs sem értett meg, és aki személyes zsenialitása és sokoldalú műveltsége folytán maga is termékeny módszertant javasolt, hosszan tartó és kiterjedt kísérleteket végzett, és nem hajtott végre. -nyilvánvaló spekulatív feltételezés. Nem sokkal a genetika újrafelfedezése, azaz sokak tudományává válása után kiderült, hogy az öröklődési tényezők szigorúan meghatározott sorrendben és egymástól bizonyos távolságra helyezkednek el több lineáris struktúrában, a szám, a relatív. amelyek mérete és viselkedése egybeesett a kromoszómák számával, relatív méretével és viselkedésével a meiózisban. Az öröklődés kromoszómális elméletét 1900–1903-ban fogalmazták meg. William Setton amerikai citológus és Theodore Boveri német embriológus, és a híres amerikai genetikus, Thomas Morgan és iskolája - Möller, Sturtevant, Brijdes - fejlesztette tovább. (1906 óta először kezdték el a Drosophila kutatását, és eleinte nyulakat terveztek, de ezt a tervet egyetemük pénzügyi vezetője sem hagyta ki. Charles Woodworth volt az első, aki a Drosophilát termesztette, azt is javasolta, hogy az öröklődés tanulmányozásának kényelmes tárgyává válhatna.) És ezt a fontos következtetést az öröklődési tényezők kromoszómákban való elhelyezkedéséről, amelyet oly korán levontak, a Szovjetunió hivatalos tudománya az 1940-es évek végétől az 1960-as évek elejéig elutasította. !

A spekulatív genetikai térképek (a gének relatív elhelyezkedése ezekben a struktúrákban) és a kromoszómák különböző részeinek összehasonlítása nyilvánvalóvá tette, hogy a gének ott helyezkednek el. De ez nem annyira szükséges a klasszikus genetikához - modelljei, amelyeket a keresztezések eredményei igazolnak, a géneket egyfajta „virtuális kromoszómákba” helyezték. Tehát a mai napig a legtöbb objektum esetében kétféle kromoszómatérkép létezik: fizikai kártyák, pontosan megmutatja, hol helyezkednek el a gének a mikroszkóp alatt látható kromoszómákon vagy egy DNS-molekulán, és genetikai, vagy rekombinációs kártyák, a gének egymáshoz viszonyított helyzetét a keresztezések eredményei alapján rekonstruálva. A gének sorrendje ezen a két térképtípuson teljesen egybeesik, a köztük lévő relatív távolságok nem mindig igazak, és erre vannak egészen átfogó magyarázatok, amelyekről később lesz szó.

Az információ- és irányítástudományként a klasszikus genetikának még a matematikához hasonló szerkezete van. Teljes mértékben a spekulatív a priori fogalmak rendszerén alapul, amelyekkel a megfigyelt jelenségek korrelálnak (ellentétben például a citológiával, amelynek fogalmi apparátusát szemmel látható empirikus tények alapján vezetik be). Sajnos az ezeknek a fogalmaknak megfelelő terminológiában (és a fogalmak és a fogalmak nem ugyanazok) a genetika fennállása során felhalmozódott egy bizonyos következetlenség, amire külön kitérek, hogy ne vezessenek félre a különféle szóhasználatok a genetikai irodalom. Természetesen a genetikai fogalmakat a megfigyelt tények alapján vezetik be. A főbbeket azonban inkább spekulatív matematikai fogalmakként mutatjuk be. A genetikában számos fogalom és megfelelő kifejezés létezik. De valóban szükségesek, és ha egyszer bemutatják, gyakorlatilag kimerítik a témát. Sok esetben elég a megfigyelt jelenséget összevetni egy megfelelő fogalommal, és minden világossá válik. Talán egy jó genetikai szakkifejezések magyarázó szótára szolgálhat genetikai tankönyvként. Pedagógiailag helyesebb lenne bevezetni a fogalmi apparátust és a terminológiát, amint az igény felmerül. De nem árt az alapfogalmakat az elején bemutatni, megbeszélni, majd megjelölni azokat a helyeket, ahol szükség van rájuk. Feltételezzük, hogy bizonyos fogalmakat már ismer, legalábbis egy iskolai kurzusból, és néha még azelőtt használja őket, hogy részletesen tárgyalná őket.

1.2. Az élőlények jelei. Fenotípus és genotípus.

Talán a legfontosabb genetikai fogalom az jel. A genetika mint tudomány pontosan abban a pillanatban kezdődött, amikor Gregor Mendel elkezdte elemezni az egyéni tulajdonságokat, és nem az öröklődés egészét. Mondd, mi a jel? És hány lehet belőlük? Tulajdonság minden, ami egy egyedhez kapcsolódik, feltéve, hogy van mód valamilyen módon regisztrálni. Magasság, súly, szín, kiáltási hangmagasság, a farok fele az orr hosszának egyharmadának négyzetgyökéhez hozzáadva, a szakállban lévő szőrszálak száma, a lyuk vagy hangyaboly alakja, az egyet üldöző hímek száma nő, mennyi idő alatt nem lehet levegőt venni a víz alatt, a vizsgált alany anyjának vagy lányának szeretőinek száma. Nem viccelek – az egyik dopaminreceptor egy bizonyos változatának hordozóinak jelei között nagy gyakorisággal szerepel az „apa nélkül nőtt fel” tulajdonság (nyilvánvaló, hogy itt inkább a az egyik szülő, és nem maga az alany, aki azonban örökölhette a hajlamot ).

A választék óriási, de minél jobb, bölcsebb vagy szellemesebb táblát választasz, annál több információt tanulsz meg a tapasztalatból. Nyilvánvaló, hogy az orr hosszának négyzetgyökét nem szabad hozzáadni a farok hosszához, mivel mindkét hossznak azonos a mérete, és ennek eredményeként matematikai gobbledygook-ot kapunk. De ha a farok hosszához hozzáadjuk a testtömeg kockagyökét, akkor ennek több értelme van, mert a tömeg függ a lineáris méretű kockától, és a kockagyököt véve a hosszával arányos értéket kapunk. és a két említett értéket összeadva egy bizonyos mértékû lineáris dimenziót kapunk.

Könnyű megérteni, hogy nem minden jel a végtelen változatosságból egyformán informatív. Némelyik egyformán informatív, de semmit sem ad hozzá egymáshoz. Például, ha két ilyen jellemzőt veszünk: a jobb láb hosszát és a bal láb hosszát, akkor még intuitív módon is világos, hogy bár a két láb hossza kissé eltérhet, a második keveset tesz hozzá az elsőhöz. Vegyük a következő jellemzőket: a bal láb hossza és magassága. Mit mondhatunk róluk? Minél nagyobb a magasság, annál nagyobb a lábak hossza - ez teljesen nyilvánvaló. A magasság és a lábhossz korrelál – nem több, de nem kevesebb. És valóban, ha mintát veszünk az emberekből, megmérjük a magasságukat és a lábhosszukat, és kiszámítjuk a korrelációs együtthatót, akkor az egész közel lesz az egységhez és nagyon megbízható. De tudjuk, hogy az emberek általában rövid és hosszú lábúak. És ha a magasságot és a lábhossz és a magasság arányát vesszük, két teljesen független jellemzőt kapunk - a lineáris méreteket és a hosszú lábakat, amelyek egymástól függetlenül örökölhetők.

Most megvan a két mért mennyiség aránya. Általános szabály, hogy a sok jellemzővel egyszerre történő munkavégzés megfelelő statisztikai feldolgozást igényel. Nem túl kényelmes kapcsolatokkal foglalkozni az ilyen feldolgozáshoz. De létezik egy sor matematikai módszer, az úgynevezett többváltozós statisztika(különösen, főkomponens módszer mennyiségi jellemzőkre), amely lehetővé teszi, hogy N új karakterisztikát kapjunk az általunk mért N karakterisztikából, amelyek az eredetiek lineáris kombinációi (különböző együtthatójú összegeik), amelyek nem fognak korrelálni egymással. Ez azt jelenti, hogy mindegyik független információt hordoz. És ha megnézzük, hogyan épül fel N ezen új jellemzők közül, látni fogjuk, hogy az egyik például a lineáris méreteket tükrözi (ebbe beletartozik a test teljes hossza, a karok, lábak stb.), a másik pedig a vastagságot, a harmadik – a vastagság egyenetlensége (derék, csípő és mell kiemelése), a negyedik – a fej relatív mérete, az ötödik – a sötét bőr stb. Ezek a jellemzők a leginkább informatívak, és különböző mértékben járulnak hozzá az összképhez. az objektumok változékonysága, ami szintén értékelhető. A többváltozós elemzési módszerek azonban nem oldják meg a tulajdonságok megkettőződésének problémáját, mivel a duplikáció befolyásolja a jelentett relatív hozzájárulást annak az új tulajdonságnak a teljes variabilitásához, amelybe esnek. Ezt a problémát még nem sikerült megoldani a matematikai statisztikában.

A jelek nagyon különbözőek lehetnek, de két nagy osztályba sorolhatók - minőség, vagy alternatív, És mennyiségi, vagy folytonosság. Kvalitatív egy tulajdonság abban az esetben, ha a változékonyság a tulajdonság több alternatív változatának meglétében, vagyis az egyén egy bizonyos világos osztályhoz való tartozásában nyilvánul meg, és az egyik osztályba való besorolása kétségtelen. Például az emberi egyének két osztályát különböztethetjük meg: a férfiakat és a nőket. A nők több alternatív osztályba is beoszthatók. Tegyük fel, hogy egy lány nadrágot visel, vagy a lábát egyetlen hengeres anyagdarab – egy ruha vagy szoknya – viseli. Két osztályt kapunk. Az utolsó eset két osztályra osztható - ruha vagy szoknya viselése. Három női osztályt kapunk. A nők minden bizonnyal számos alternatív osztályt tudnak azonosítani a ruházat tekintetében, és a besorolás során a legkisebb nehézséget sem tapasztalják. Klasszikus példák: a borsóvirág fehér vagy lila, a gyümölcslégyszem ismét fehér vagy lila; vicces, de mindkét szerv lehet rózsaszín is, és ez egy másik minőségi jellemző állapota, egy külön osztály. Olyan esetekben, amikor lehetőség van minőségi (alternatív) jellemzők azonosítására, és a természetben rendszeresen előfordulnak különböző osztályokhoz (változatokhoz) tartozó egyedek, szokás beszélni polimorfizmus, és maguk ezeknek a jellemzőknek az osztályait (változatait) szokták nevezni morphs, vagy formák Eredetileg ugyanaz a szó, görögül és latinul, de a második jelentése túlságosan kétértelmű, és jobb elkerülni. Etimológiailag mindkét szó alakot jelöl, de mint kifejezést bármilyen tulajdonságra használják, például a színnel kapcsolatosakat. Az alábbiakban a természetben megközelítőleg azonos gyakorisággal előforduló magashegyi altáji ibolya két morfuma látható - sárga, illetve lila virágokkal.

https://pandia.ru/text/78/138/images/image002_73.jpg" width="283" height="311 src=">.jpg" width="347" height="453 src=">

Mivel mindannyian iskolába jártunk, gyaníthatóan a fehér és a lila írisz homozigóta egyes allélokra, a lila pedig heterozigóta ezekre az allélokra. De nekünk (főleg én) még nem rendelkezünk ilyen információval, és mindenesetre a három színmorfium megállapításával kell kezdenünk.

A borsóvirágok három különböző színosztályát említettük - fehér, lila és rózsaszín. De a Zolotodolinskaya utcában lila szirmú almafák vannak. És vannak rózsaszín, enyhén rózsaszínes és fehér szirmú almafák. A bódékban árusított szegfű esetében úgy tűnik számunkra, hogy a virágok színe minőségi mutató - van piros, fehér, rózsaszín és fehér, a szirmokon piros szélű. És a virágtenyésztők valószínűleg olyan sokféle szegfűvel rendelkeznek, hogy a tulajdonság mennyiségivé válik. Készíthet spektrofotométert, kivonhatja az antocianin pigmentet a szirmok standard mintájából, és megmérheti a lila antocianin szín intenzitását, számként kifejezve. És akkor megkapjuk mennyiségi tulajdonság- Ez egy valós számként kifejezhető jel. Ugyanaz a jel különböző helyzetekben mennyiségi és minőségi szempontból is működhet. Szinte minden minőségi jellemző esetében megtalálhatja a módját, hogy mérje, és ezáltal kvantitatívnak tekintse. Éppen ellenkezőleg, a legtöbb mennyiségi jellemző nem tekinthető minőséginek, mivel a mért paraméter értékeit ritkán csoportosítják egyértelműen megkülönböztethető osztályokba.

Az emberi magasság (ha a nyilvánvaló törpeség kizárt) tipikus mennyiségi tulajdonság. Hány különböző magasság van egy normális ember számára? Ez így van, nem lehet megmondani - ez egy pozitív valós szám, és az „opciók” száma attól függ, hogy milyen pontossággal mérünk, és milyen fizikai határok vannak ennek az értéknek. Átlagértékével sok ember magassága jellemezhető. De szükségünk lesz a változékonyságának néhány jellemzőjére is. Ehhez meg kell vizsgálnunk egy mennyiségi tulajdonság gyakorisági eloszlását. Egy másik tankönyvi példa: ha sok embert veszünk, megmérjük a magasságukat centiméteres pontossággal, és magasság szerint rendezzük el úgy, hogy egy oszlopban azonos magasságú emberek álljanak, akkor a következő képet kapjuk: az oszlopok hossza egy amolyan harang alakú görbe. A magasság és az emberek számának kellően szemcsés mérésével jól reprodukálja azt, ami a valószínűségszámításban jól ismert. Normál vagy Gauss-eloszlás.

A diszperzió" href="/text/category/dispersiya/" rel="bookmark">szórás az egyes értékek átlagos négyzetes eltérése az átlagtól. Ennek az értéknek a négyzetgyöke szórás, dimenziója egybeesik a mért érték dimenziójával, és az attribútum szórásának mértékeként szolgálhat. Az összes normál eloszlású objektum körülbelül 70%-a, függetlenül attól, hogy hányat mérünk, az átlagtól mínusz a szórástól az átlagig plusz a szórásig terjedő értéktartományba esik. Ha ezt az átlag körüli intervallumot megduplázzuk, akkor az objektumok körülbelül 90%-a lesz, ha háromszoros, akkor az objektumok körülbelül 99%-a.

A matematikai statisztika központi határtétele kimondja, hogy nagyszámú független valószínűségi változó összegének eloszlása ​​megközelíti a normál eloszlást. És szinte minden mennyiségi tulajdonság nagyszámú többirányú és különböző erősségi tényező hatására alakul ki (ez különösen igaz a testméretre). Éppen ezért a mennyiségi jellemzők többsége normális eloszlásnak van kitéve.

Ez az állítás azonban csak első közelítésre igaz. Mint ismeretes, egy modell alkalmasságának megítéléséhez oda kell figyelni a peremfeltételekre. A normális eloszlás szimmetrikus, és a valós számok teljes halmazára definiálható, -tól +-ig, bár a valószínűségi sűrűség elég gyorsan csökken az átlagtól való távolodáskor. Példaként térjünk vissza az „embermagasság” jelhez. Valóban, nincs szigorú felső határunk az ember magasságának, és akármilyen rekorderre bukkanunk, soha nincs garancia arra, hogy előbb-utóbb nem találnak magasabb alanyt. De van egy alsó határ még elméletileg is - elvégre egy személy magassága értelemszerűen nem lehet nullánál kisebb. Ez azt jelenti, hogy a peremfeltételek nem teszik lehetővé az emberi növekedés Gauss-modelljét. Sőt, ha sok embert veszünk, azt tapasztaljuk, hogy magassági eloszlásuk enyhén aszimmetrikus és jobbra ferde – a fizikai alsó határ nullánál érezhető! Milyen modellt javasolhatunk a Gauss helyett, amely alkalmasabb a biológiai objektumok mennyiségi jellemzőire?

Gondolkodjunk el ezen. A tulajdonságok a szervezet egyedfejlődése során alakulnak ki, ami lényegében egy nagyon összetett kémiai reakció, amely gének irányítása alatt megy végbe, és amelyek bizonyos pillanatokban bizonyos anyagok bizonyos koncentrációját biztosítják. Ezek a koncentrációk a reakciók egyéni fejlődését alkotó sebességi egyenletekben faktorként működnek (például Michaelis-egyenlet), és a jellemzők értéke közvetlenül függ ezek közül néhány (vagy akár az összes) sebességtől. Ezért az egyes gének egyéni hozzájárulása egy mennyiségi tulajdonsághoz általában nem összeadódik, hanem megsokszorozódik, vagyis minden gén egy bizonyos tényezővel növeli vagy csökkenti a tulajdonság értékét. Sok független valószínűségi változó szorzata hajlamos arra lognormális eloszlás. Ennek eredményeként az élőlények mennyiségi tulajdonságainak valós eloszlása ​​nem normális, hanem lognormális. Valóban nagyon hasonlóak, de kissé aszimmetrikusak – jobbra gyengédebbek.

https://pandia.ru/text/78/138/images/image007_23.jpg" width="304" height="416 src=">

Normál (A és B) és törpe (C) borsó

Ez a jellemző - a csomóköz relatív hossza - itt alternatív jellemző, míg a növény növekedése nagyon ritkán viselkedik valódi alternatív jellemzőként.

Van még egy hagyományosan megkülönböztetett jellemzőosztály, amelyet világosan meg kell értened. Vegyünk egy olyan jelet, mint a folyamatok száma egy szarvas szarván. A legkisebb szarvak elágazatlanok. Maximum 10 folyamat van mindkét kürtön. Nem fogunk nehézségekbe ütközni, ha ezt vagy azt a kürtöt hozzárendeljük egy bizonyos számú folyamatot tartalmazó osztályhoz, és ez alapján azt gondolhatjuk, hogy ez egy minőségi jellemző. De a minőség itt korrelál egy egész számmal, és az osztályok száma, akárcsak az egész számok sorozata, korlátlan (senki sem tudja garantálni, hogy előbb-utóbb nem találkozunk 11 vagy több ágú szarvassal). Az ilyen jeleket nevezik megszámlálható; úgy is hívják merisztikus, ami zavaró lehet, hiszen itt nem mérni kell, hanem számolni. Valójában itt egy egyszerű minta van - minél nagyobb a kürt, annál több folyamat van benne; csak a hajtás hozzáadásához a szarvbimbónak némi kritikus tömegnövekedést kell elérnie. Tehát a megszámlálható hajtások száma egyszerűen a szarv méretének mértéke. A szitakötő szárnyán lévő sejtszám esetében ez még nyilvánvalóbbá válik. Ugyanezt a mértéket kapjuk a mérés során, amikor a pontosság egy részére összpontosítunk. Képzeld el, ha nem a szarvas agancsának hajtásait számoljuk, hanem a fiatal agancsán lévő szőrszálakat. Valójában különböző méretű kürtök vannak, de különböző lépésekkel (kerekítés).

A számlálási jellemzőkkel ugyanazokat a megközelítéseket alkalmazzák, mint a kvantitatívakkal, a matematikai feldolgozás bizonyos jellemzőivel. És hiba lenne ugyanazokat a megközelítéseket alkalmazni rájuk, mint az alternatív jellemzőkre. Például egy moszkvai tudóscsoport tanulmányozta a sejtek számát a szitakötőszárnyak bizonyos területein. Kiszámolták az átlagos sejtszámot, meghatározták az átlagot és a szórást, és például azt találták, hogy két különböző víztesten ezek az átlagok statisztikailag szignifikánsan eltérnek egymástól. Arra a következtetésre jutottak, hogy a két tó populációi genetikailag különböznek egymástól, azon az alapon, hogy az alternatív tulajdonságokat szükségszerűen örökletes tényezőknek kell meghatározniuk, egy vagy néhány. De a jelükkel mennyiségileg operáltak! Valószínűleg az egyik tározón a szitakötők kevésbé kedvező körülmények között fejlődtek ki, és kisebb szárnyfelülettel rendelkeztek, amely kevesebb sejtet fogadott el, amelyek mérete meglehetősen szabványos volt az ontogenezisben.

Végül gyakran megkülönböztetik a jellemzők harmadik nagy osztályát – a rangsorolási jellemzőket. Azokról az esetekről beszélünk, amikor a „több” / „kevesebb” („jobb” / „rosszabb”) elve alapján rangsorolhatjuk a tárgyakat, de nincs közvetlen lehetőségünk kifejezni egyesek feletti felsőbbrendűségét. mások számszerűen. A helyzetek, amelyekben a rangsor jellemzői felmerülnek, meglehetősen változatosak. A felvonulási pályán a katonákat könnyedén, magasságuk mérése nélkül is felsorakoztathatjuk magasság szerint, ott a vállpántjukról könnyen felismerhetjük a katonai rangokat, tudva, hogy egymáshoz képest milyen sorrendben helyezkednek el. Egyes esetekben kénytelenek vagyunk szubjektíven értékelni bizonyos összetett integrálparamétereket, például az egyes növények „erősségét”, „erős”, „átlagos” és „gyenge” kategóriába sorolva őket.

Érdekes, hogy amint megvannak a rangok, már van egy hozzávetőleges numerikus mérésünk az attribútumról, bár nagyon közelítő vagy szubjektív. Így a rangok, mivel sorszámok, maguk is egész számok. És már lehet velük operálni, mint a mérhető előjelekkel. Az ilyen „mérés” minden konvencionális jellege ellenére olyan matematikai módszereket fejlesztettek ki, amelyek lehetővé teszik, hogy ezek alapján nagyon megbízható következtetéseket vonjunk le. Sőt, még a kétségtelenül minőségi jelek is nagyon megközelítőleg kvantitatívként kezelhetők. Tegyük fel, hogy ha négy színmorfónk van, akkor ezeket nem egy minőségi tulajdonságnak, hanem négy mennyiségi tulajdonságnak tekinthetjük, amelyek mindegyike két értéket vehet fel - 0 (az egyén nem tartozik ehhez a morfiumhoz) és 1 ( az egyén adott morfához tartozik). A tapasztalatok azt mutatják, hogy az ilyen mesterséges „mennyiségi jellemzők” sikeresen feldolgozhatók.

Amint azt a borsó növekedésével kapcsolatos példák mutatják, ugyanaz a tulajdonság lehet mennyiségi és minőségi is. Bármilyen tulajdonság, amit megkülönböztetünk, mindig mérhető valahogy (még a férfi és női lét is mérhető bizonyos hormonok arányaként). Azt, hogy egy jellemzővel – mint egy numerikus paraméter értékével vagy az osztálytagság jelzőjeként – hogyan kell operálni, egy adott feladat jellemzői határozzák meg. Bimodális eloszlás esetén hasznos lehet minden egyedet legalább első közelítésként két osztályba sorolni, még akkor is, ha az eloszlás két púpja összeolvad, és a közéjük eső egyedeket nem tudjuk egyértelműen besorolni, csak egy küszöb formális bevezetésével. érték.

Mind a minőségi, mind a mennyiségi tulajdonságok ilyen vagy olyan mértékben öröklődnek, ezért a genetika látókörébe tartoznak. A mennyiségi és minőségi tulajdonságok elemzésére a genetika különböző modelleket használ. A kvalitatív jellemzők öröklődését (ezekkel dolgozott Mendel) a kombinatorika és a valószínűségszámítás szempontjából egyszerűbben és pontosabban írjuk le, amivel elsősorban foglalkozunk. A kvantitatív tulajdonságok öröklődését matematikai statisztika segítségével írják le, és főként a korrelációk elemzésén és a varianciakomponensekre bontáson alapul. Ahogy fentebb említettük, a minőségi tulajdonságok öröklődése a mennyiségi tulajdonságok öröklődéseként is kezelhető, ami bizonyos esetekben igen gyümölcsöző megközelítésnek bizonyul. Remélem, lesz időnk röviden áttekinteni a kvantitatív tulajdonságok genetikájának kezdeteit. Addig is egy kicsit több terminológia.

Két fogalom nem kevésbé tág, mint a megjelölés, amelyeket azonban nem lehet elkerülni: genotípusÉs fenotípus. Maguk a kifejezések, akárcsak a „ gén" 1909-ben a dán genetikus, Wilhelm Ludwig Johansen vezette be. A fenotípus minden, ami a szóban forgó organizmusok jellemzőire vonatkozik, a genotípus pedig minden, ami a génjeiket érinti. Nyilvánvaló, hogy végtelen sok tulajdonság létezhet, és több tízezer gén létezik. Ráadásul senki sem regisztrálja a tulajdonságok túlnyomó többségét, és senki sem ismeri a gének túlnyomó többségét. De a fenotípus és a genotípus munkafogalom, amelynek tartalmát minden konkrét esetben egy genetikai kísérlet szabja meg. A genetikai kísérlet általában abból áll, hogy valakit valaki mással kereszteznek, gyakran több generáción keresztül, és figyelemmel kísérik az utódok tulajdonságait, amelyek ezeknek a jellemzőknek megfelelően szelektálhatók, keresztezhetők stb., Vagy mintát vesznek az egyedekből a természetből , regisztrálják jellemzőiket, derítsék ki, mely variánsokat reprezentálják egyes gének, és monitorozzák frekvenciáik dinamikáját. Minden esetben szigorúan meghatározott tulajdonságokat és géneket figyelünk, gyakran csak néhányat. És amikor a fenotípusról beszélünk, akkor pontosan ezeknek a jellemzőknek az értékeit vagy állapotait értjük alatta, és amikor a genotípusról beszélünk, akkor pontosan ezeknek a géneknek a halmazát. Az első függ a másodiktól, de, mint látni fogjuk, nem a legközvetlenebb. A genetika nagyrészt ennek a kapcsolatnak a tisztázásában rejlik. És csak akkor, ha maga a DNS-szekvencia vonásként jelenik meg, a fenotípus egybeesik a genotípussal.

Csak a közelmúltban vált lehetővé csúcstechnológiás kísérletek elvégzése azon objektumok összes ismert génjének monitorozására, amelyekben ismertek (például emberek) - például az összes hírvivő RNS vagy az összes fehérje jelenléte vagy hiánya egy adott szövetben. . A megfelelő irányokat „proteomikának” és „transzkriptomikának” nevezik, illetve az adott objektumban jelen lévő összes fehérje vagy hírvivő RNS összességét – proteomát és transzkriptomát.

1.3. A „gén”, „lókusz”, „allél”, „ortológ”, „paralóg”, „mutáció” fogalmak.

Előzetes megállapításunk alapján, miszerint a genetikában sok a matematika, terminológiai szigort várnánk benne. Sajnos ez is egy empirikus tudomány, amely egy hatalmas és heterogén kísérleti anyagon létezik, és sok különböző szakterületű (és eltérő végzettségű!) tudós végez, és ez vezetett a genetika különböző terminológiai „dialektusainak” létezéséhez, többek között a genetikában is. nagyon fontos dolgok. Térjünk át egy olyan fogalomra, amely központinak tűnik a genetikában, de a valóságban túl homályosnak bizonyult ehhez. Mondd el, mi az gén? Valójában ez egy olyan fogalom, amelyhez sok balszerencse járt, így most több jelentése is van. A klasszikus genetikában a gén egy öröklött tényező, amely befolyásolja a szervezet jellemzőit. Egykor az öröklődés további oszthatatlan egységeként tartották számon. A DNS szerkezetének felfedezése után gyorsan világossá vált, hogy sok klasszikus gén olyan DNS szakasz, amely egy bizonyos fehérjét kódol, például egy enzimet, amely egy öröklött tulajdonságot határoz meg. Ez óriási áttörést jelentett a tudományban, és ezen a hullámon kezdetben úgy tűnt Minden A klasszikus genetika génjei már csak ilyenek. A következő képletet fejlesztették ki: " Egy gén - egy polipeptidlánc" Az eredeti „egy gén – egy enzim” megfogalmazásban 1941-ben (vagyis 12 évvel azelőtt, hogy Watson és Crick megfejtette a DNS szerkezetét) George Beadle és Edward Tate javasolta (ezekről portrékat talál és sok más tudós a tankönyvben), akik olyan neurospora penésztörzsekkel dolgoztak, amelyek bizonyos biokémiai reakciók végrehajtására való képességükben különböztek, és megállapították, hogy minden gén egy meghatározott biokémiai reakcióért, azaz a penész anyagcsere egy bizonyos szakaszáért felelős. Ezekért az alkotásokért 1948-ban Nobel-díjat kaptak. Megjegyzendő, hogy abban a szakaszban a gént még klasszikusan értelmezték, de aktív kutatásokat végeztek annak kiderítésére, hogy fizikailag mit képvisel. A DNS szerkezetének felfedezése után pedig úgy tűnt, minden a helyére került, és a genomot kezdték a DNS polipeptidláncot kódoló szakaszának nevezni.

Idővel azonban kiderült, hogy a kódoló szekvencia mellett mindig vannak olyan szabályozó DNS szekvenciák, amelyek maguk nem kódolnak semmit, de befolyásolják ennek a génnek a be-/kikapcsolását és a transzkripció intenzitását. Jól ismeri őket: a promoter az RNS polimeráz leszállóhelye, az operátorok a szabályozó fehérjék leszállóhelyei, és fokozók– a transzkripciót elősegítő, de a kódoló szekvenciától bizonyos, esetenként jelentős távolságra elhelyezkedő szabályozó fehérjék leszállóhelyei is, és hangtompítók– transzkripciót akadályozó szekvenciák stb. Néha több száz és több ezer nukleotid távolságra helyezkednek el (kromoszóma skálán ez nem olyan sok), de mégis úgy működnek, mint cis-faktorok (azaz a közelben), egy bizonyos DNS-elrendezés miatt fizikailag a közelben helyezkednek el. Mindezt a berendezést egy valamit kódoló génhez tartozónak kezdték tekinteni. Így az eukarióták molekuláris genetikájában a gén a DNS kódoló régiója a szomszédos DNS-régiókkal együtt, amelyek befolyásolják a transzkripcióját.

Egy ilyen lelőhelyre 1957-ben S. Benzer egy pontosító kifejezést javasolt cisztron, ami szintén nem volt szerencsés, hiszen ez a kifejezés kezdett csak a DNS kódoló régióját (az ún. nyílt leolvasási keretet) jelölni, és néha a promoter és a terminátor közötti DNS-régiót is, amelyből egyetlen RNS-molekula is kiolvasható. Emlékszel arra, hogy a prokariótákban, amelyekben a molekuláris genetikai mechanizmusokat korábban kezdték tisztázni, a gének operonos szerveződése széles körben elterjedt, amikor a több polipeptidláncot kódoló szekvenciák szabályozása közös, és egyetlen mRNS részeként olvashatók. Ez nem teszi lehetővé, hogy a „gén” kifejezés fenti definícióját használjuk. Másrészt a „cisztron” kifejezés itt kevéssé használható: a DNS olyan szakaszaként definiálva, amelyből egyetlen RNS-t olvasnak ki, több különböző fehérjét kódoló szakaszokat fog tartalmazni, amelyeket másrészt egykor ún. a „genetikai anyag szerveződésének policisztron elve”. Ennek eredményeként a „gén” és „cisztron” kifejezések magyarázat nélküli használata (legalábbis melyik királyságról beszélünk) jelenleg tele van félreértésekkel.

Kérjük, vegye figyelembe, hogy a molekuláris biológiai felfogásban a gén részekre oszlik - exonokra, intronokra, operátorokra, enhanszerekre és végső soron egyedi nukleotidokra. És a szabályozó DNS-szekvencia, mint ilyen, elvesztette a jogot, hogy génnek nevezzék, mivel maga nem kódol semmit. De azáltal, hogy befolyásolja a géntranszkripciót, ez a szekvencia befolyásolhat néhány tulajdonságot (azaz fenotípust), amely ezzel a szekvenciával együtt öröklődik. Maga pedig rekombinációval elválasztható a kódoló szekvenciától, különösen, ha távoli fokozóról van szó. Vagyis egy szabályozó szekvencia is egy speciális örökletes tényező, amelynek szintén megvan a maga helye a kromoszómán. Egyes szabályozó szekvenciák, mint például az enhanszerek, egyszerre több gén transzkripcióját is befolyásolhatják, azaz elfoglalják sajátos helyüket a szervezet fejlődését és működését irányító szabályozó hálózatban. A klasszikus genetika megértésében a gén összes jele jelen van.

Ezt az ellentmondást a gén klasszikus és molekuláris biológiai felfogása között, amely akkor keletkezett, amikor úgy tűnt, hogy minden klasszikus gén a fehérjét vagy RNS-t kódoló DNS-szakaszok átírása, még nem sikerült leküzdeni, ami azonban nem különösebben fontos. hiszen a „gén” szót régóta nem használják szigorú fogalomként. A molekuláris biológia rohamos fejlődésének köszönhetően a molekuláris biológia győz: a gén a DNS átírt szakasza a szabályozó DNS-szekvenciákkal együtt. A klasszikus fogalom azonban: a gén örökletes tényező (függetlenül attól, hogy hogyan működik, miből áll vagy miből áll), történelmileg az első volt, több mint fél évszázadig tartott, és rendkívül termékenynek bizonyult. Tisztában kell lenned ezzel az ellentmondással, és meg kell tanulnod megérteni az elhangzottakat a szövegkörnyezetből.

A gyakorlatban ezt az ellentmondást kétféleképpen oldják fel: vagy a „gén” szó használata előtt előzetesen meghatározzák a jelentését, vagy nem használják kifejezésként. Példa az első esetre: egy cikk „Anyagok és módszerek” szakaszában, amely a genomban lévő gének megszámlálásával foglalkozik, szükségszerűen meg kell írni, hogy milyen kritérium alapján határozták meg a gént - például megszámolták a nyitott leolvasási keretek számát . A következő cikkben azt írják: elemeztük a kifejezést, és megmutattuk, hogy a talált potenciális olvasási keretek egy része soha nem íródik át, és nyilvánvalóan nem gének, hanem pszeudogén. Példa a második helyzetre: egy lókuszt vizsgálnak, amelyből több ezer fehérje készül, mivel három alternatív promóter, három alternatív terminátor és egy tucat intron van, amelyek alternatív splicingnek vannak kitéve. Hol található a gén, és hány gén van ebben a lókuszban? Ebben az esetben a „gén” szó csak a bevezetőben lesz megemlítve, a „locus” szó szinonimájaként. Ha egy populációgenetikai kontextusból kiveszünk egy „gén” szót tartalmazó kifejezést, és beillesztjük egy molekuláris biológiai kontextusba, jelentésvesztést kapunk.

Ugyanannak a génnek a különböző változatait, annak bármilyen értelmezése szerint, a kifejezés jelöli allélek. Ebben a formában a kifejezést V. Johannsen javasolta 1926-ban, a V. Bateson által 1902-ben bevezetett „allelomorf pár” kifejezés alapján. Az „allél” fogalma akkor jelent meg, amikor semmit sem tudtak a DNS szerkezetéről, és pontosan egy gén alternatív változataként vezették be. Ez a fogalom különösen fontos a diploid organizmusok esetében, amelyek ugyanazt a génkészletet kapják apától és anyától, és ennek eredményeként mindegyikük két példányban van jelen a genomban, amelyek lehetnek azonosak vagy eltérőek, de nem egy ilyen génnel. olyan mértékben, hogy nem mondható el, hogy "ugyanaz a gén" Ezt a két példányt alléloknak nevezték.

Vicces, de az „allél” kifejezéssel kapcsolatban nincs egyértelmű megoldás egy olyan egyszerű kérdésre, mint a szó nyelvtani neme oroszul. Moszkva, valamint a kijevi és a novoszibirszki iskolák úgy vélik, hogy az allél férfias, Leningrád (Szentpétervár) - hogy nőies. Látható, hogy még a két ajánlott tankönyvben is eltérő módon használják ezt a szót.

Az „allélok” kifejezést eredetileg egy adott tulajdonságért felelős gén olyan változataira hozták létre, amelyek az adott tulajdonság állapotához kapcsolódnak. Kiderült azonban, hogy az egymástól független gének ugyanazt a tulajdonságot ugyanúgy befolyásolhatják. Ez felveti az azonos vagy különböző gének alléljainak megkülönböztetésének problémáját. Szerencsére már korábban is kiderült, hogy a gének szigorúan meghatározott sorrendben helyezkednek el lineáris struktúrákban - mint kiderült, a kromoszómákban -, így minden gén szigorúan meghatározott helyet foglal el valamelyik kromoszómán. Ezért az egyes géneket nemcsak egy tulajdonságra gyakorolt ​​hatása alapján lehetett azonosítani, hanem egy adott kromoszómán való elhelyezkedése alapján is. Kiderült, hogy a kromoszóma minden helye felelős valamilyen tulajdonságért - locus– az egyik allél foglalja el – egy gén egyedi változatai. A diploid sejtmag minden lókuszból két-két különböző vagy azonos allélt tartalmaz, amelyeket az anyától és az apától kaptunk. A lokusz úgy definiálható egy kromoszómán elfoglalt pozíció, amelyet egy meghatározott örökletes tényező foglal el, A allél- Hogyan egy bizonyos örökletes tényező változata,és mivel a lokusz az, amely bizonyosságot ad az örökletes tényezőnek, de az allél az egy adott helyen elhelyezkedő örökletes faktor változata. Nyilvánvaló, hogy ez a meghatározás a klasszikus genetika szemszögéből adódik. Ebben az esetben jobb azt mondani, hogy „helyszín egy kromoszómán”. és nem „kromoszóma lókusz”, mert a második esetben az a benyomás alakulhat ki, hogy a kromoszóma csak olyan lókuszokból áll, amelyeknek genetikai jelentése van. Bár a klasszikus értelemben vett gén egy kromoszóma egy bizonyos DNS-szegmensének felel meg, és bár nagyon gyakran a semmit nem kódoló DNS-régiók legalább közvetetten befolyásolhatnak valamit (például egy ismétlődő blokk jelenléte hozzájárulhat a kromatinhoz tömörödését és ezáltal a tőle jelentős távolságra elhelyezkedő DNS kódoló szakaszok átírásának intenzitását), ennek ellenére nyilvánvalóan vannak olyan kiterjesztett DNS-szakaszok, amelyeknek nincs genetikai tartalma, vagyis nem befolyásolnak semmit és nem gének bármilyen értelemben.

De a „lókusz” és az „allél” kifejezésnek vicces tág jelentése is van. Ha magát a DNS-szekvenciát vizsgáljuk, ami jelen esetben a tulajdonságunk és a genomunk is, mivel szó szerint önmagát kódolja, akkor annak bármely, valamilyen módon felismerhető részét nevezhetjük lókusznak, allélt pedig annak variánsának. Például a genomban vannak úgynevezett „mikroszatellitek” - nagyon rövid szekvenciák, amelyek két vagy három betűből állnak, tandem (egymás után elhelyezve) ismétlődik. Ezeknek az ismétlődéseknek a száma nagyon könnyen megváltoztatható a replikációs csúszással vagy a helytelen rekombinációval kapcsolatos mechanizmusok miatt. Valójában ezeknek a mechanizmusoknak köszönhetően a genomban „beindulnak”, miközben nincs saját funkciójuk, és nem molekuláris értelemben vett gének. Nagy variabilitásuk miatt a mikroműholdak az evolúciós genetikusok kedvencei, hiszen az ismétlődő másolatok száma alapján bizonyos fokú biztonsággal megítélhető a rokonság. Tehát ebben az esetben is szokás allélokról beszélni, ezzel a szóval különböző hosszúságú (vagyis eltérő számú ismétlődő másolatú) mikroszatellit-sorozatokat jelölve.

Kiderült, hogy a klasszikus genetikában a „gén” szót teljesen el lehet hagyni. Van egy lókusz - egy hely a kromoszómán, amelyet mindig az egyik allél foglal el. A lokusz és az allél közötti kapcsolat ugyanaz, mint a változó és az értéke közötti kapcsolat. Ráadásul a klasszikus definíció szerint a lókusz gén (mint generikus fogalom), az allél pedig gén (mint egyéni fogalom). Gyakran hallani, hogy „ezek a gének nem allélikusak egymáshoz”, vagyis allél és nem allél génekről beszélnek, vagyis egy lókusz alléljairól és különböző lókuszok alléljairól. A genetika gyakorlatában nem túl szigorú hagyománya van annak, hogy a „gén” szót a „locus” szó szinonimájaként használják, és ilyen példákat találunk szövegünkben.

De vannak olyan helyzetek, amikor a „gén” szót nehéz elkerülni. Például kémiai mutagénnel kezelték a piros virágú borsót, és fehér virágú borsót kaptak. Megállapítást nyert, hogy a „virágszín” tulajdonság egy hely által meghatározott módon öröklődik – ilyen esetekben szokás beszélni monogén jel (bár a nem létező „monolokális” kifejezés pontosabb lenne). A fehér virágú borsó azonban már korábban is ismert volt, és ezt a tulajdonságot egy jól ismert lokusz allélja határozza meg. A kérdés az, hogy ugyanannak a lókusznak ugyanazt az allélját kaptuk-e, vagy ugyanannak a lókusznak egy másik (DNS-szekvencia-szintű) allélját, amely azonban szintén fehér virágokhoz vezet? Vagy egy új, eddig ismeretlen lókusz allélja – ami mondjuk a pigmentszintézis egy teljesen más szakaszára vonatkozhat? Amíg ezt nem állapítjuk meg, lazán ki kell mondanunk: „Megszereztük a fehér virágzó gént.” Egyébként egy valós helyzetet írunk le laboratóriumunk életéből - kaptunk egy fehér virágokat meghatározó gént, amelyről kiderült, hogy allél egy nem széles körben ismert lókuszhoz, amely egy virág antocianin színéért felelős. a, és egy kevéssé ismert lokusz a2 .

A lókusz és allél kifejezések molekuláris genetikai értelemben is alkalmazhatók egy génre - nevezetesen egy meghatározott nukleotidszekvenciára. Itt a „lókusz” és a „gén” kifejezések jelentése ugyanaz, és az allél jelentése egy adott gén specifikus nukleotidszekvenciája. A molekuláris genetika keretein belül azonban e kifejezések iránti igény nem túl gyakran merül fel, mivel a molekuláris biológiai megfontolások általában eltérnek attól, hogy egy diploid szervezetben létezik-e egy második ilyen gén, azonos vagy kissé eltérő szekvenciával. homológ kromoszóma.

Valószínűleg a molekuláris biológiából tud a létezésről többgénes családok: ha a genomban több molekuláris értelemben vett gén található, amelyek egy azonos típusú fehérjeterméket kódolnak - például ugyanazt az enzimet. Sőt, eltérhetnek némileg az elsődleges szerkezetben: mind a DNS-ben, mind a fehérjetermékben, valamint a fehérjetermék egyes fizikai és kémiai tulajdonságaiban - a molekulafunkció intenzitásában, valamint az expresszió jellemzőiben -, azaz , a szintézis helye, ideje és intenzitása. Ugyanennek a borsónak hét génje van (molekuláris értelemben) a H1 hisztonnak, mindegyik a molekula egy speciális változatát kódolja, amelyek közül az egyik csak az aktívan osztódó sejtekben van jelen, és eltűnik az osztódást befejezett sejtek kromatinjából. Ezen gének bármely szekvenciája a hiszton H1 gén variánsa lesz. De ugyanazon a genomon belül ez a hét gén különböző lókuszokat foglal el, így csak egy adott lókusz különböző változatai lesznek allélok. Ismernie kell a koncepciót homológia– a közös eredeten alapuló hasonlóság, ill homológok- olyan objektumok, amelyek ilyen hasonlóságokkal rendelkeznek. A molekuláris genetikában a génhomológiának két típusát különböztetjük meg. Az azonos haploid genomban lévő homológ, de nem allél géneket, amelyek különböző lókuszt foglalnak el, ún. paralógusok(a görög „para” szóból - közel, közel). Ugyanannak a lokusznak a különböző egyedekben lévő egyedi változatait nevezzük ortológusok(a görög „ortho” szóból - közvetlenül, ellentétes; emlékezzünk az orto-para izomerekre a szerves anyagokban). Lényegében az ortológusok allélek. Az „ortológ” kifejezést azonban általában a molekuláris biológusok használják különböző fajok génjeinek tanulmányozása során – olyan esetekben, amikor egyértelműen megállapítható, hogy azonos lókuszokkal rendelkeznek, míg az „allél” kifejezést csak egy gén egy változatára alkalmazzák. egy és ugyanabban a fajban, vagy olyan közeli rokon fajokban, amelyek mégis képesek a kereszteződésre (például a búza és vadon élő rokonai). Az allél tehát genetikai fogalom, az allélokról akkor beszélünk, ha elvileg részt vehetnek a keresztezésben.

Tegyük fel magunknak a kérdést – honnan jöttek a paralógusok? Logikus és helyes azt feltételezni, hogy ezek a génduplikáció eredményeként keletkeztek - vagyis ritka esetekben egy gén „reprodukciója” a genomban. Természetesen minden ilyen esemény, bármilyen ritka is, egyetlen fajon belül fordul elő. Ebből kifolyólag olyan helyzet áll előttünk, hogy egy faj egyes egyedeinek genomjában két lókusz van, amelyek primer szerkezetükben azonosak (idővel ez eltéréseket halmozhat fel), míg másoknak csak egy. Tegyük fel, hogy a felszaporodott gén két másolata egymás mellett helyezkedik el, így mindkét új lókusz ugyanazon a helyen található, ahol az egyik régi volt. És így elkezdik felhalmozni a különbségeket. Hol és milyen allélek vannak itt? Megvizsgáltunk egy olyan helyzetet, amikor az „allél” fogalma kudarcot vall, és ez nagyon jó, hiszen ezzel meghúztuk az alkalmazhatóság határát.

Egyébként váratlanul nem triviális kérdés, hogy melyek a különböző és azonos allélok. A genetika fejlődésének korai szakaszában az allélokat csak fenotípus alapján ismerték fel, és csak azokat tekintették különböző alléleknek, amelyek különböző fenotípusokhoz vezetnek. Leggyakrabban két allél volt - normál és hibás (mutáns), így a genetika fejlődésének korai szakaszában a „jelenlét-hiány elmélet” (egy meghatározott funkcióval) népszerű volt. A genetika fejlődésével azonban egyre több olyan eset vált ismertté, amikor ugyanannak a tulajdonságnak több öröklődő változata is van, ami végül Thomas Morgan híres aforizmájához vezetett: „Egy jelenlétnek nem lehet több hiánya.” Egyszerre több gén által meghatározott mennyiségi tulajdonságok esetén pedig egyáltalán nincs különösebb fenotípusos megnyilvánulása egyetlen allélnek. Ebből kifolyólag rátelepedtek arra a tényre, hogy az allélokat akkor tekintik nyilvánvalóan különbözőnek, ha egy adott kísérletben nyilvánvalóan nem ugyanattól az egyedtől öröklődnek, vagyis eredetükben nem azonosak, vagy ilyen azonosságot nem állapítottak meg. Például száz, látszólag azonos egyedet fogunk ki a természetben, hogy egy gén fenotípusos megnyilvánulásának apró árnyalatait tanulmányozzuk, speciális teszter vonalakkal keresztezzük, a belőlük nyert vizsgált gént azonos génháttérre vigyük át, megmérjük a tulajdonságot. érdekel minket - és egyben úgy gondoljuk, hogy száz különböző (eredet szerint) normál (!) allél vesz részt a kísérletben (mindegyik a természetből származik életképes egyedektől).

Ön tudja, hogy amikor lehetővé vált a vizsgált gének elsődleges szerkezetének megfejtése, az allélok azonosságának kérdése megszűnt elméleti lenni, és az elsődleges szerkezetük (nukleotidszekvencia) azonosságára redukálódott. Ha van legalább egy csere, az allélok különböznek, ha nem, akkor azonosak, mivel teljesen azonos molekulák. Tekintettel a nukleotidszubsztitúciók felhalmozódásának lehetőségére, amelyek közül sok nem befolyásolja a lókusz működését, a gyakorlatban ez a megközelítés kevéssé különbözik az a prioritól, amely szerint a különböző egyedektől függetlenül kapott allélek eltérőek. A szubsztitúciók előfordulási aránya azonban lókuszról lókuszra igen eltérő – például egyes lókuszokban még a borsó különböző alfajaiból (vad és termesztett) származó allélekben is azonos nukleotidszekvenciát figyeltünk meg.

Érintse meg az olyan laza, népszerű kifejezéseket, mint a „vad típusú allélok”, „mutáns allélok” és „null allélek”. A fent említett „jelenlét-hiányelmélet” sok esetben teljesen alkalmazható. Vegyük példának ugyanazt a borsót. A borsóvirágok pigmentet tartalmaznak - antocianint, amely rózsaszínes-vörösre (lilára) színezi őket. Ha az antocianin szintézis biokémiai láncában részt vevő fehérjék bármelyike ​​hibás vagy hiányzik, az antocianin nem szintetizálódik, és a virágok fehérek maradnak. Tegyük fel, hogy van egy lókusz egy bizonyos kromoszómán, jelöljük azt A, amely ezen fehérjék egyikét kódoló DNS-szekvenciát tartalmaz. Általában kevésbé szigorúan, de egyszerűbben mondják - egy bizonyos kromoszómán van egy gén A, amely ezen fehérjék egyikét kódolja (a borsónak valójában van ilyen génje ezzel a megjelöléssel, és egy DNS-hez kötődő szabályozó fehérjét kódol, nem pedig az antocianin szintézisében részt vevő enzimet). Legyen ennek a génnek két allélja, jelöljük őket AÉs a. Allél A normál funkcionális fehérjét kódol. Allél A nem kódol funkcionális fehérjét. Hogy ez hogyan lehetséges - később beszélünk, számunkra most az a fontos, hogy ez az allél egyszerűen „nem működik” - ne töltse be molekuláris funkcióját, még akkor sem, ha számunkra ismeretlen. Ilyen esetekben a normál allélt ún vad típus/ A borsó példájában ez a kifejezés kétszeresen is helytálló. A borsó termesztett és vadon élő növények is (ugyanannak a fajnak a képviselői továbbra is léteznek a vadonban). És minden vadborsónak lila virága van, a termesztettnek is lila és fehér, de az európai szelekció zöldség- és szemes fajtáiban a fehér dominál. Egy olyan allél esetében, amely nem képes funkcionális fehérjeterméket képezni, szintén gyakran használják ezt a kifejezést null allél.

Vannak esetek, amikor a „vad típusú” vagy a „null allél” fogalma nem alkalmazható. Például a kétpettyes katicában Adalia bipunctata Két formája van - piros fekete foltokkal és fekete pirossal. (Ez egyébként a populációgenetika egyik klasszikus tárgya, amelyet Timofejev-Reszovszkij vezetett be ebbe a tudományba.) Oroszország európai részén mindkettő képviselteti magát, egyik sem jobb a másiknál ​​(Novoszibirszkben azonban csak a második található). Egyikük sem nevezhető vad típusnak, szemben a másikkal. Lehetséges azonban, hogy ezen allélok egyike e lókusz fehérjetermékének molekuláris funkciójának elvesztésével jár, ami az egyedfejlődés más génjéhez hasonlóan valószínűleg más gének expresszióját befolyásoló tényező.

Aztán van egy népszerű kifejezés a genetikában - mutáció. Történelmileg a koncepciót Hugo De Vries vezette be olyan jelentésben, amely megközelíti a horrorfilmekben jelenleg létezőt – az örökletes hajlamok hirtelen megváltozását, ami radikális fenotípus-változáshoz vezet. De Vries az egyik nyárfűfajtával dolgozott ( Oenothera), amely, mint később kiderült, rendkívül eredeti citogenetikával rendelkezik: a többszörös kromoszóma-átrendeződések miatt a teljes genom egyetlen allélként öröklődik. A szó azonban széles körben használt kifejezéssé vált, és nem csak Hollywoodban. Szergej Szergejevics Csetverikov, a populációgenetika egyik megalapítója a „genovariáció” kifejezést használta, ami helytállóbb, de nem fogott meg (bár Csetverikov egyike volt azoknak a hazai genetikusoknak, akik jelentős hatást gyakoroltak a világ genetikájára, tulajdonképpen megalapító populációgenetika). Jelenleg alatt mutációérthető a DNS elsődleges szerkezetének bármilyen változása- egy nukleotid cseréjétől a kromoszóma hatalmas részeinek elvesztéséig. Szeretném felhívni a figyelmet arra, hogy a „mutáció” szó magát a változás eseményét jelöli. A laza, de szívós genetikai gyakorlatban azonban gyakran ugyanazt a „mutáció” szót alkalmazzák az eredményére, vagyis a mutáció következtében létrejött allélra. Azt mondják: „A kísérletben a Drosophila - a mutáció hordozói - vesznek részt fehér" Magát a mutációs eseményt, amely ennek a klasszikus mutációnak az előfordulásához vezetett, senki sem rögzítette - ez egyébként egy mobil genetikai elemnek az enzimgénbe történő beillesztésével függ össze. másolat, amely rendkívül ritkán mozog – de mindenki azt mondja, hogy „mutáció” a „mutáns allél” helyett. Arra utalnak, hogy egyszer egy olyan mutáció történt, amely elrontotta a normál allélt, és egy mutáns allélt eredményezett. Nem nehéz megérteni, hogy a „mutáns allél” szintén a „vad típusú allél” kifejezés antonimája, de tágabb, mint a „null allél”, mivel különféle eltéréseket tesz lehetővé a vad típusú alléltól, ami a molekula teljes elvesztéséhez vezet. funkciót (ugyanaz a „több hiányzás”), amely soha nem vezet eredményre.

Van egy másik nagyon csúnya terminológiai helyzet, amellyel néhányan találkozni fognak az emberi genetikában. Mint később látni fogjuk, az emberi genetika általában, terminológiailag, meglehetősen erősen eltért az általános genetikától. Ennek az az oka, hogy egyrészt ez a speciális tudományterület a biológiához és az orvostudományhoz is tartozik, és tisztán intézményileg el van zárva minden más genetikától, és ebben az értelemben a saját levében pörkölt. Másrészt gyakorlati jelentőségéből adódóan ez a terület igen nagy volumenű - a kutatók száma és az általuk végzett tanulmányok, folyóiratok, cikkek -, ami belső hagyományait ellenállóvá teszi a külső, így az „anyai” általános hatásokkal szemben. genetika. A modern humángenetika annyit fejlődött, hogy sok esetben megvalósította a genetikusok ősrégi álmát, vagyis bizonyos tulajdonságokat (beleértve a kórosakat is) képes volt összefüggésbe hozni bizonyos nukleotidok adott gének meghatározott pozícióiban való jelenlétével. De itt történt egy sajnálatos terminológiai helyettesítés. Ha sok allélt összehasonlítunk a DNS elsődleges szerkezetével, akkor kiderül, hogy bizonyos pozíciókban mindig ugyanaz a specifikus nukleotid található, és bizonyos pozíciókban nukleotidszubsztitúciók lehetségesek. (Fennáll a gyanú, hogy az emberiség minden emberének genomjában bármely nukleotid bármilyen pozícióban megtalálható, ami mulatságos filozófiai kérdést vet fel - mi az emberi genom). Teljesen helyesen nevezték el őket polimorf pozíciók- és valóban, minden ilyen pozíció alternatív variabilitást - azaz polimorfizmust - mutat a tekintetben, hogy a négy nukleotid közül melyiket lehet elfoglalni. De itt valahogy a fogalmak felcserélése történt. A „polimorfizmust” egy adott polimorf helyzetben lévő specifikus nukleotidnak kezdték nevezni (amit „morfának” kell nevezni). Valami ilyesmit kezdtek mondogatni: „Egy ilyen és olyan gént szekvenáltunk ilyen és olyan emberekben, és tizenkét polimorfizmust találtunk, kettő ilyen és olyan pozícióban, hat ilyen és olyan, négy ilyen és ilyen helyzetben. Az ilyen-olyan helyzetben lévő polimorfizmusok közül kettő jelentős összefüggést mutatott az ilyen-olyan szindrómával.” Valószínűleg az ilyen helyettesítés a laboratóriumi szleng szintjén történt, amely minden tudományos munkában létezik, és egyszerűsítő terminológiából áll, gyakran írástudatlan. A laboratóriumba érkező hallgatók néha összetévesztik a szlenget terminológiával, és teljes komolysággal kezdik használni. Valamikor megesik, hogy a cikk írója és a tudományos folyóirat lektorai is ugyanahhoz a szlenghez szokott hozzá, majd behatol a tudományos sajtóba, és bizonyos valószínűséggel meghonosodik. (A kép egyébként több mint ismerős a populációgenetikából, és teljesen lemásolja a speciáció folyamatát – amikor egy elszigetelt populációban a megfelelő szexuális partnerek felismerésének rendszerében véletlenszerűen anomáliák keletkeznek, különböző nemekben egybeesnek és rögzítésre kerülnek, normává válik egy új fajban, és a régivel való összeférhetetlenségéhez vezet.) Az etimológiai ellentmondáson (egyetlen morfiumnak nevezik, hogy sok morfium létezik) és a rossz ízlésen kívül az ilyen helyettesítés azzal a következménnyel is jár, hogy A zsargont használó kutatók megfosztották magukat a „polimorfizmus” kifejezés helyes jelentésétől. Amikor pedig felmerül az igény a megfelelő fogalom kifejezésére (ami nem szűnt meg), az egyértelmű kifejezés helyett bőbeszédű leírásokhoz kell folyamodniuk. Tegyük fel, hogy azokban a helyzetekben, amelyekre a „kiegyensúlyozott polimorfizmus” kifejezés létezik – amikor az egyik morfium bizonyos körülmények között előnyben van, a másik pedig másokban, tehát egymás mellett élnek, és nem szorítják ki egymást – mindig a hosszúsághoz kell folyamodniuk. a megadotthoz hasonló leírásokat.

Ahhoz, hogy megismertessük a hagyományos és nem mindig következetes genetikai terminológiával, meg kell említenünk egy meglehetősen vicces kifejezést jelző. Ezt a kifejezést azokra a lókuszokra vezették be, amelyek nem önmagukban fontosak számunkra, hanem annyiban, hogy a kromoszóma egy bizonyos régióját jelölik. Egy ilyen kifejezés megjelenése egy hosszú időszakhoz kapcsolódott, amikor nem nagyon sok genetikai lókuszt ismertek. Olyan helyzetekben volt szükség rá, amikor egy újonnan felfedezett gént kellett kockára tenni, vagy bármilyen paradox módon is hangzik, olyan génekkel kellett dolgozni, amelyeket még nem fedeztek fel. Tételezzük fel, hogy a növények és állatok gazdaságilag értékes mennyiségi tulajdonságait szabályozó gének természete sokáig teljesen ismeretlen volt, és még ma is keveset tudunk róluk. Ugyanakkor nem volt kétséges, hogy ezek a gének léteznek, és a kromoszómákon helyezkednek el. Az ismert lokusz-markerek manipulálásával lehetővé vált a kromoszómák azon régióinak azonosítása, amelyek bizonyos mennyiségi tulajdonságokra hatással vannak, és felhasználhatók a nemesítési munkában. Kezdetben ezek többnyire „látható markerek” voltak – olyan lókuszok, amelyeknek látható hatású alléljai voltak. Később azonban ez a megközelítés komoly fejlődésnek indult a biokémiai tulajdonságok genetikai elemzésében való részvétele miatt (rendszerint funkcionálisan nem kapcsolódik a gazdaságilag értékes tulajdonságokhoz), majd később a DNS polimorfizmusával való munka lehetőségének megjelenése miatt. magából a kromoszómákból. Ez vezetett a „molekuláris marker” fogalmának megjelenéséhez. Így a „marker” kifejezés csak a „lókusz” kifejezés szinonimája, de hangsúlyozza, hogy ez a lókusz nem önmagában érdekel bennünket, hanem csak a kromoszóma mérföldköveként. Az emberek azonban annyira hozzászoktak a kifejezéshez, hogy olyan esetekben kezdték használni, amikor a lokusz a közvetlenül vizsgált objektum. Paradox módon a molekuláris filogenetikai vizsgálatokban magukat az elemzett szekvenciákat is általában markereknek nevezik. Itt arra lehet következtetni, hogy pusztán mérföldkőnek számítanak az időben, és a bennük lévő nukleotidszubsztitúciók evolúciós eseményeket jeleznek, amelyek természetesen nem csak az elemzett szekvenciák változásaira vezethetők vissza.

A géneket (pontosabban lókuszokat) latin betűkből és számokból álló rövidítésekkel szokták jelölni. E megjelölések mögött azonban a gének teljes nevei vannak, latin vagy gyakrabban angol. Mind a teljes neveket, mind a rövidített génneveket mindig dőlt betűvel írjuk. A látható kifejeződésű gének esetében általában ez a szó írja le a mutáns fenotípust: w – fehér(a légy fehér szeme), y – sárga(sárga légytest), a – antocianin gátlás(borsónál) op – petesejt pistilloida(borsónál) bth – bithorax- nem túl jó név a Drosophila mutációjára, melyben a metathoraxon (methoraxon) megjelenik egy második szárnypár (mint a mesothoraxon) - de úgy írják, mintha a mellkasi tagma megduplázódott volna. Még egy Drosophila mutáció is létezik hivatalos névvel fushi tarazu(rövid szimbólum - ftz) - Japán. A vidám amerikaiak elnevezték az egyik gént anyák ellen dekapentalegikus, analógiája az olyan szervezetekkel, mint az „anyák az iraki háború ellen” – az ezt a mutációt hordozó nőstény gyümölcslegyek nem élik túl a gént hordozó leszármazottakat dekapentalegikus. Ennek a génnek a rövidítése ugyanolyan jól hangzik: őrült. Előfordul, és nem a legnépszerűbb objektumok esetében, egy gén hivatalos neve és rövidített jelölése nincs összefüggésben egymással: a borsóindákat levelekké alakító mutáció a jelölést kapja. tl(tól től indátlan), és a név clavicula. Ha egy gént a molekuláris terméke (fehérje vagy RNS) alapján ismerünk, akkor ezt a gént magát a terméke fogja nevezni: mtTrnK – mitokondriális szállítás R.N.A. számára lizin, RbcL – ribulózus bifoszfát karboxiláz nagy alegység. Fontos, hogy minden fajnak teljesen független hivatalos génszimbólum-nómenklatúrája legyen, ami bizonyos nehézségekhez vezet jelenleg, amikor megnőtt a fejlett magángenetikával rendelkező objektumok száma, és azon objektumok száma, amelyek génjeit nem genetikailag vizsgálják. kísérletek, hanem a DNS-szekvenciák közvetlen leolvasásával – lavinaszerűen növekszik (például már működik a „10 000 gerinces genom” projekt).

A genetika azokkal az esetekkel kezdődött, amikor egy-egy lókusznál csak két allél volt ismert, és ezeket nagy- vagy kisbetűvel meg lehetett különböztetni, amit Mendel indított el. A domináns allélhoz nagybetűt használtak (az iskolából tudod, hogy ez mit jelent, később részletesebben érintjük a dominancia jelenségét) - ez általában egy vad típusú allél; ahogy most mondanánk - normális, nem károsodott molekuláris funkciójú allél. A lókuszt kisbetűvel jelölték, vagyis a jelölése egybeesett a recesszív, azaz mutáns, nem funkcionális alléléval, mert egy ilyen allél létezésével értesültek először a tudósok a kórokozó létezéséről. locus. Ritka esetekben, amikor egy mutáns allél dominánsnak bizonyult, mind azt, mind magát a lókuszt nagybetűvel jelöltük.

Amikor és nagyon hamar kiderült, hogy egy lókuszon sok allél található (ma már tudjuk, hogy nagyon sok van belőlük), bevezették az allélok megnevezését, amelyeket a lókuszok megjelölése után egy felső indexben írnak. A „+” szimbólumot gyakran használják indexként a vad típusú allélokhoz; néha nincs index. Mondjuk a legelső ismert Drosophila lókusznál fehér (w) a vad típusú allélt jelöltük ki w+ , a fehér szemért felelős allél w, és a kajsziért felelős személy wa (teljes név - fehérapricot).

Szeretném felhívni a figyelmet arra, hogy a fejlett magángenetikával rendelkező hagyományos genetikai objektumok esetében a lókuszok és alléljaik megnevezése továbbra is eltérő írási hagyományok léteznek. Eddig hármat találtam belőle:

A látható megnyilvánulású lókuszokat kis- vagy nagybetűvel írjuk, attól függően, hogy a lókuszt a vad típushoz képest recesszív vagy domináns allél segítségével írják le; és nagybetűvel írjuk, ha a lókuszt a molekulafunkció alapján ismerjük. Ugyanakkor a látható megnyilvánulási és dominanciájú lókuszok esetében megmarad a recesszív allélok kisbetűvel, a dominánsok nagybetűvel való írásának hagyománya. Ez például a borsó és az egerek genetikai nómenklatúrája. Például a borsó locus a, a virágok színéért felelős allélokkal rendelkezik AÉs a.

Mint az előző esetben, de a nagy és kis betűk a lókusz és alléljai megjelölésében szigorúan rögzítettek. Ezt a rendszert Drosophilában használják. Itt a megnevezések wÉs W teljesen más lokuszokhoz tartoznak - fehérÉs Ráncos. A vad típusú allélt itt mindig a „+” index jelöli. (Érdekes, hogy a Drosophila és az egér genetikusai, akik hozzászoktak az alanyaik által elfogadott rendszerhez, általában nem is sejtik, hogy létezik egy másik rendszer a lókuszok kijelölésére.)

A helymegjelölésekben minden betűt mindig nagybetűvel írunk. Ezt a rendszert ma már az emberi genetikában használják, és nemrégiben alkalmazták.

Ugyanazokat az allélmegjelöléseket használják a fenotípusok megjelölésére, de mindig dőlt betű nélkül. Tehát, ha leírja egy olyan kísérlet eredményeit, amelyben annyi lila virágú borsónövényt és annyi fehér virágú borsónövényt figyelt meg, és tudja, hogy a kísérletben a fehér virágzás a lókuszhoz kapcsolódik. a, akkor az előfordulási táblázatban a lila és fehér virágú növényeket A-val és a-val fogod jelölni, még akkor is, ha nem ismered a genotípusukat. Ugyanez történik, ha valamilyen izoenzim elektroforetikus változatainak jelenlétét határozzuk meg: ott nagyobb a fenotípus és a genotípus megfeleltetése, de nem mindig egyértelmű.

1.4. A „homozigóta”, „heterozigóta”, „félzigóta” fogalmak.

Minden diploid organizmusban minden kromoszóma (a nemi kromoszómák kivételével) két példányban van képviselve - homológokban, amelyeket az apától és az anyától kaptak. Mindegyik homológnak ugyanaz a lókuszkészlete van, és mindegyik homológban mindegyik lókuszt elfoglalja valamilyen allél. Ezért minden diploid organizmus mindegyik lókusz két allélját hordozza. Genotípusának rögzítésekor a számunkra érdekes lókuszban (lókuszban) található két allél megnevezését sorba írjuk, ha például jelen vannak a lókuszban a borsó allélek AÉs a Három lehetséges genotípus létezik: A A, A aÉs a a.

Ha mindkét homológban a lókuszt ugyanaz az allél képviseli, akkor az egyént annak mondjuk homozigóta erre az allélra vagy erre a lókuszra. Sőt, amikor azt mondják, hogy homozigóták egy lókuszra, akkor a hangsúly azon van, hogy nincs különbség a két homológ között, de amikor azt mondják, hogy homozigóták egy allélra, akkor a hangsúly azon van, hogy melyik allélre. Ha mindkét homológban a lókuszt különböző allélok képviselik, akkor az egyed heterozigóta ezen a helyen. Az egyszerűség kedvéért egy homozigóta és egy heterozigóta egyedt rendre nevezünk homozigótaÉs heterozigóta. Figyelembe véve a fentebb az allélok azonosságáról/különbségeiről elmondottakat, a valódi homozigóták nem túl gyakoriak a természetben. Egy adott kísérletben azonban senki sem veszi a fáradságot, hogy figyelmen kívül hagyja azokat a különbségeket, amelyeket ebben a kísérletben nem észlelünk vagy nem azonosíthatunk, és homozigótának tekintjük azokat az egyedeket, amelyekben a lókusz mindkét kópiája azonos fenotípusos megnyilvánulást mutat. A rokon egyének bevonásával végzett vizsgálatokban ismertek homozigóták – olyan egyedek, amelyekben egy lókusz mindkét allélja azonos eredetű. Az ilyen tanulmányokban gyakran a fogalommal operálnak átlagos heterozigótaság– a heterozigóta lókuszok aránya az összes lókusz között.

Adjunk hozzá még egy kifejezést hemizigóta- ez egy olyan egyed, amelynek nyilvánvalóan nem két, hanem csak egy allélja van. Nos, például valószínűleg tudja, hogy a férfiaknak csak egy nemi X kromoszómája van, és a második nemi kromoszóma, az Y kromoszóma nem homológ vele (kivéve a kis szakaszokat), mivel nem mentes a legtöbb genetikailag telített régiótól. információ. Ezért az X kromoszóma azon régióiból származó allélok, amelyek nem szerepelnek az Y kromoszómán, nem rendelkeznek homológokkal a sejtmagban, azaz hemizigóták. Néha egy kromoszóma elveszíti néhány fragmentumát a benne található génekkel együtt (vagy egy gén). Ebben az esetben ezeknek a géneknek a homológ kromoszómán lévő alléljai is hemizigótáknak bizonyulnak. Egy genetikai kísérlet során azonban gyakran nem tudjuk, mi történt a kromoszómákban, és a géneket csak a fenotípusuk alapján ítéljük meg. Ebben az esetben a gén hiánya nem térhet el „lebomlásától” - funkciójának elvesztésétől. És bár nem ismerjük úgymond a molekuláris hátteret, de valahogy arra a következtetésre jutunk, hogy a molekuláris funkció elveszett, csak az allélról, vagy a „null allélról” fogunk beszélni.

A homozigóta, heterozigóta és hemizigóta megkülönböztetése fontos lehet diploid szervezetekben, mert dózis a genomban lévő megfelelő allél ebben az esetben a felére tér el (például az X kromoszómán lévő lókusz esetén nőknél genomonként két, férfiaknál egy kópia), ami fontos lehet. A molekuláris genetikát általában elvonatkoztatják tárgyai homozigóta/heterozigóta voltától. Itt azonban gyakran használják ezt a fogalmat géndózis, vagyis a sértetlen molekulafunkciójú allélek száma a genomban - ez általában 0-2 között változik, de növelhető genetikai módosítással, vagyis további másolatok mesterséges bejuttatásával a genomba.

A haploid szervezetekről szokás azt mondani, hogy általában minden gén minden allélja hemizigóta. Milyen haploid organizmusaink vannak? Prokarióták, alsóbbrendű gombák és ascomyceták, növényi gametofiták. Jegyezzünk meg egy részletet: a haploidok nem azok, akiknek szigorúan egy haploid genomja van egy sejtben. A legtöbb baktériumsejtben több nukleoid is található, amelyeknek még nem volt ideje osztódni – de mindegyik azonos (a de novo létrejött mutációkig). Az alsóbbrendű gombákban a hifák gyakran egyáltalán nem osztódnak külön sejtekre. A lényeg az, hogy egy haploid szervezet sejtjeiben a haploid genom egyetlen változata van. Végül, egyes állatok – például a Hymenoptera – haploid neműek – valószínűleg tudja, hogy a drón méhek haploidok. Ugyanakkor a szomatikus sejtekben a kromoszómák halmaza megduplázódik, ezért nem szűnnek meg haploidok lenni. A mitokondriumok és a plasztidok gyakran csak az anyától öröklődnek, így a sejtek hemizigóták az ezen organellumok genomjában található génekhez képest. Azonban sok növényben a plasztidok néha kétszülős öröklődésűek, másoknál ez esetenként előfordul, és rendkívül ritka, hogy apai mitokondriumok hatolnak be a zigótán. Ilyen esetekben az utódok mindkét szülőtől ezeknek az organellumoknak egy bizonyos, változó arányát kapják, ami nem feltétlenül egyenlő 1/2-ével. Ilyenkor szokás arról beszélni heteroplazma.